KR102006030B1 - Process for powering a compression ignition engine and fuel therefor - Google Patents

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Abstract

디젤 엔진 연료 조성물이 연료의 적어도 20 중량 % 레벨의 메탄올; 상기 연료의 적어도 20 중량 % 레벨의 물; 20:80 내지 80:20 사이의 물 대 메탄올의 비율; 상기 연료 조성물의 적어도 60 중량 %의 물과 메탄올의 총량, 및 총량이 상기 연료의 적어도 0.1 중량 %인 하나 이상의 첨가제 - 첨가제로서 존재하는 경우의 염화 나트륨의 레벨은 상기 연료의 0 내지 5 중량 % 사이이고, 첨가제로서 존재하는 경우의 향미제의 레벨은 상기 조성물의 0 내지 1.5% 사이임 - 을 포함한다. 또한, 메탄올 및 물을 포함하는 연료 조성물을 이용하여 압축 점화 엔진을 가동하기 위한, 유입 공기 예열하는 단계를 포함 공정 및 관련 시스템 및 연료 조성물의 이용이 제공된다.The diesel engine fuel composition comprises methanol at least 20% by weight of the fuel; Water at least 20% by weight of the fuel level; The ratio of water to methanol between 20:80 and 80:20; The total amount of water and methanol of at least 60% by weight of the fuel composition, and the level of sodium chloride when the total amount is present as one or more additive-additives of at least 0.1% by weight of the fuel, is between 0 and 5% by weight of the fuel. And the level of flavor when present as an additive is between 0 and 1.5% of the composition. Also provided is the use of a process and associated system and fuel composition comprising preheating inlet air for operating a compression ignition engine using a fuel composition comprising methanol and water.

Figure R1020137016500
Figure R1020137016500

Description

압축 점화 엔진을 가동하는 방법 및 이를 위한 연료{PROCESS FOR POWERING A COMPRESSION IGNITION ENGINE AND FUEL THEREFOR}PROCESS FOR POWERING A COMPRESSION IGNITION ENGINE AND FUEL THEREFOR}

본 발명은 압축 점화 타입의 내연 엔진을 가동하는 새로운 연료 조성 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a new fuel composition and method for operating a compression ignition type internal combustion engine.

본 출원은 호주 특허 출원(제 AU2010905226호 및 제 2010905225호)로부터 우선권을 주장한다. 이 출원은 또한, 공동 우선권 주장 당일에 동일 출원인이 출원한 "Fuel and process for powering a compression ignition engine"이라는 명칭의 국제 출원에 관한 것이다. 관련 국제 출원의 명세서는 본 명세서에서 참조로서 병합된다.This application claims priority from Australian patent applications (AU2010905226 and 2010905225). This application also relates to an international application entitled “Fuel and process for powering a compression ignition engine” filed by the same applicant on the day of the joint priority claim. The specification of the relevant international application is incorporated herein by reference.

종래의 화석 연료에 대한 연료 대안에 대한 모색은 낮은 생산비와 넓은 이용 가능성과 결합되는 "깨끗한" 방출 연료에 대한 필요에 의해 주로 추진되었다. 연료 방출의 환경 영향에 대해 많은 주목을 하고 있다. 대안 연료에 대한 연구는, 비-연소 연료 및 CO2 방출 및 기타 연소 산물을 감소시키는 연료뿐만 아니라 연료 연소에 의해 발생된 미립자 물질 및 산소의 양을 감소시킬 연료에 대해 집중된다.The search for fuel alternatives to conventional fossil fuels has been driven primarily by the need for "clean" emission fuels combined with low production costs and wide availability. Much attention has been paid to the environmental impact of fuel emissions. Research on alternative fuels focuses on non-combustion fuels and fuels that reduce CO 2 emissions and other combustion products, as well as fuels that will reduce the amount of particulate matter and oxygen generated by fuel combustion.

운송 응용에 대한 환경 친화적인 연료 조성에 대한 추진은 에탄올에 집중되어왔다. 유기 식물성 물질과 같은 바이오-물질이 에탄올로 변환될 수 있고, 그러한 방법에 의해 발생된 에탄올이 불꽃 점화 엔진에 대한 연료의 부분적인 대체물로서 사용되어왔다. 이것이 연료에 대한 비-재생 가능 자원에 대한 의존을 감소시키는 반면, 엔진에서 이들 연료의 사용으로 인해 발생한 환경적 결과물이 전체적으로 상당히 개선되지 않아왔으며, 더 낮은 효율의 불꽃 점화 엔진에서의 그러한 연료의 지속적인 사용과, 연료를 생성하기 위한 에너지, 경작지, 비료 및 관개 용수의 사용과 관련된 부정적인 환경 영향에 의해 더 깨끗한 연소가 상쇄되고 있다.Promotion of environmentally friendly fuel compositions for transportation applications has been concentrated on ethanol. Bio-materials, such as organic vegetable materials, can be converted to ethanol, and ethanol generated by such methods has been used as a partial replacement of fuel for spark ignition engines. While this reduces the dependence on non-renewable resources for fuels, the environmental consequences of the use of these fuels in the engine have not significantly improved overall, and the sustained use of such fuels in lower efficiency spark ignition engines Cleaner combustion is offset by the use and negative environmental impacts associated with the use of energy, cropland, fertilizer and irrigation water to produce fuel.

전통적인 연료의 완전한 또는 부분적인 대체에 대한 다른 연료 대안이 널리 사용되지 않아왔다.Other fuel alternatives to full or partial replacement of traditional fuels have not been widely used.

전통적인 연료 및 특히 압축 점화 엔진용 연료(디젤 연료)의 재생 가능한 대체 연료로의 완벽한 대체가 갖는 한 가지 주요한 단점은 그러한 연료의 저 세탄 지수(cetane index)와 관련하여 인지된 문제에 대한 것이다. 그러한 연료는 엔진의 효율적인 동작에 필요한 방식으로 점화를 달성하는데 문제를 야기한다.One major drawback of the complete replacement of traditional fuels and, in particular, fuels for compressed ignition engines (diesel fuels) with renewable alternative fuels is the perceived problem with respect to the low cetane index of such fuels. Such fuels cause problems in achieving ignition in a manner necessary for efficient operation of the engine.

본 출원인은 또한, 일부 외딴 지역이나 환경에서 물은 희소한 자원이며, 그러한 지역에서, 지역 집단에서 재사용하기 위해 물 부산물 포획과 결합된 (디젤 엔진 전기 생성을 통한 것과 같은) 전력 생성에 대한 수요가 있을 수 있음을 인식하였다. 게다가, 액체 파이프라인을 통한 대량의 에너지 운반은, 상공의 전송 라인에 비해, 많은 양의 에너지를 최소한의 시각적인 영향을 갖고 먼 거리에 걸쳐서 운반하는 오랫동안의 비용 효과적인 기술이다.Applicants also note that in some remote areas or environments, water is a scarce resource, and in such areas there is a need for power generation (such as through diesel engine electricity generation) combined with water by-product capture for reuse in community groups. It was recognized that there may be. In addition, transporting large amounts of energy through liquid pipelines is a long-term, cost-effective technique for transporting large amounts of energy over long distances with minimal visual impact, compared to overhead transmission lines.

본 출원인은 또한, 지역 사회에서 포획되고 재사용될 그러한 산업적 방법으로 생성한 열에 대한 일부 지역에서의 필요를 인식하였다. 일부 경우에, 이러한 필요는 상술한, 재사용을 위한 물 포획에 대한 필요와 결합된다.Applicant has also recognized the need in some areas for heat generated by such industrial methods to be captured and reused in the community. In some cases, this need is combined with the need for water capture for reuse, described above.

요약하면, 내연 엔진에 사용하기 위한 대안적인 연료에 대한 지속적인 필요가 있다. 방출을 감소시킬 수 있는 연료가 관심을 받고 있으며, 특히 여기서 연료 효율 및/또는 엔진 성능에 주요한 악영향 없이 개선된 방출 프로파일을 얻게 된다. 압축 점화 엔진이 전통적으로 그러한 응용에 사용하기에 적절할 수 있는 것으로 생각되지 않았던 성분을 함유한 디젤 대체 연료로 동작될 수 있게 하는, 그러한 엔진을 가동하는 방법에 대한 필요가 또한 있다. 외딴 지역이나, (특히 방출 면에서 항구 지역에 있는 고위도 해양 환경에서와 같은) 환경적으로 민감한 환경 또는 예컨대 열 및 물 부산물을 포함한 엔진 동작의 모든 부산물을 최대로 사용할 수 있는 외딴 건조 그러나 추운 내륙 지역과 같은 기타 지역에서 사용하기에 적합한 디젤 엔진 연료 및 엔진 동작 방법에 대한 필요가 또한 있다. 이들 목적은 바람직하게는 연료 효율 및 엔진 성능에 가능한 적은 불이익을 주면서 해결된다.In summary, there is a continuing need for alternative fuels for use in internal combustion engines. Fuels that can reduce emissions are of interest, in particular where improved emission profiles are obtained without major adverse effects on fuel efficiency and / or engine performance. There is also a need for a method of operating such an engine that allows a compressed ignition engine to be operated with diesel alternative fuels containing components that were not traditionally thought to be suitable for use in such applications. In remote areas or in environmentally sensitive environments (especially in high latitude marine environments in port areas in terms of emissions) or in remote dry but cold inland areas where maximum use of all byproducts of engine operation, including, for example, heat and water byproducts, is available. There is also a need for diesel engine fuels and engine operating methods suitable for use in other regions, such as. These objects are preferably solved with as little disadvantage as possible to fuel efficiency and engine performance.

본 발명에 따르면, 디젤 엔진 연료 조성으로서:According to the invention, the diesel engine fuel composition is:

- 연료 중 적어도 20중량% 레벨의 메탄올;At least 20% by weight of methanol in the fuel;

- 연료 중 적어도 20중량% 레벨의 물;At least 20% by weight of water in the fuel;

- 20:80과 80:20 사이의 물과 메탄올 비;Water to methanol ratio between 20:80 and 80:20;

- 연료 조성의 적어도 60중량%의 물과 메탄올의 총 양; 및A total amount of water and methanol of at least 60% by weight of the fuel composition; And

- 연료 중 총 중량이 적어도 0.1중량%인 하나 이상의 첨가제를 포함하며, 염화나트륨의 레벨은, 첨가제로서 존재하는 경우, 연료 중 0중량%와 0.5중량% 사이이며, 향미제(flavourant) 레벨은, 첨가제로서 제공되는 경우, 조성의 0%와 1.5% 사이인, 디젤 엔진 연료 조성이 제공된다.At least 0.1% by weight of at least 0.1% by weight of the fuel, wherein the level of sodium chloride, if present as an additive, is between 0% and 0.5% by weight of the fuel and the flavor level is additive When provided as a diesel engine fuel composition, between 0% and 1.5% of the composition is provided.

본 발명에 따르면, 메탄올과 물을 포함하는 연료를 사용하여 압축 점화 엔진을 가동하는 방법이 또한 제공되며, 이 방법은:According to the invention, there is also provided a method of operating a compression ignition engine using a fuel comprising methanol and water, the method comprising:

흡입 공기 스트림을 예열하여, 예열된 공기를 엔진의 연소실 내에 도입하며 예열된 공기를 압축하는 단계; 및Preheating the intake air stream, introducing the preheated air into the combustion chamber of the engine and compressing the preheated air; And

연료를 연소실 내에 도입하여 엔진을 구동하도록 연료/공기 혼합물을 점화하는 단계를 포함한다. Introducing fuel into the combustion chamber to ignite the fuel / air mixture.

본 발명은, 고순도 성분의 혼합물을 본 명세서에 기재한 방법에 따라 연료에 수용함으로써, 그러한 성분 및 부산물 성분의 생성에 대한 필요를 제거하여, 간소하고 더 저가인 연료 제조 및 감소한 환경적 영향을 결과적으로 초래할 수 있다. 비용 및 환경적 이점은 또한 추운 기후에서의 연료 사용으로부터 발생할 수 있으며, 이는, 연료의 냉각점이 겪을 수 있는 임의의 저온 환경을 쉽게 충족할 수 있기 때문이다.The present invention eliminates the need for the production of such and byproduct components by incorporating a mixture of high purity components into the fuel according to the methods described herein, resulting in simpler and less expensive fuel production and reduced environmental impact. May result in. Cost and environmental benefits can also arise from the use of fuel in cold climates, as it can easily meet any low temperature environment that the cooling point of the fuel may experience.

연료 연소로부터 발생하는 배기는 낮은 불순물을 함유할 수 있어서, 후속한 처리에 대해 이상적이게 될 수 있다. 일 예로서, CO2는 메탄올로 다시 변환될 수 있어서 온실 가스 C02를 직접 감소시킬 수 있거나, 고순도 CO2가, 태양열을 포함한 재생 가능한 자원을 포함할 수 있는 에너지 자원을 활용하여, 메탄올 제조를 포함한 다수의 최종 사용을 위한 조류(algae)와 같은 유기물 성장에 사용될 수 있다.Exhaust from fuel combustion may contain low impurities, making them ideal for subsequent processing. As an example, CO 2 may be converted back to methanol to directly reduce greenhouse gas C02, or high purity CO 2 may utilize a number of energy sources, including methanol production, utilizing energy sources that may include renewable resources including solar heat. It can be used to grow organics such as algae for end use.

일 실시예에 따르면, 첨가제는 연료 중 최대 20중량%의 레벨의 에테르를 포함한다. 에테르는 디메틸 에테르일 수 있다.According to one embodiment, the additive comprises up to 20% by weight of ether in the fuel. The ether may be dimethyl ether.

일 실시예에서, 연료 연소 도중 생성된 물은 회수될 수 있으며, 이점은 물이 희소한 외딴 지역에서 주요한 장점이 된다. 다른 예에서, 디젤 엔진의 동작 중 생성된 열은 지역 난방 요구사항에 활용될 수 있다. 후술된 실시예는 그에 따라, 엔진의 물 및/또는 열 출력을 적절하게 활용하는, 디젤 엔진의 동작을 통한 발전 시스템을 제공한다.In one embodiment, water produced during fuel combustion can be recovered, which is a major advantage in remote areas where water is scarce. In another example, the heat generated during operation of the diesel engine can be utilized for district heating requirements. The embodiments described below provide a power generation system through the operation of a diesel engine, thereby appropriately utilizing the water and / or heat output of the engine.

본 발명에 따르면, 발전 시스템으로서:According to the invention, as a power generation system:

메탄올-물 연료를 사용하여 압축 점화 엔진을 가동하여 동력을 생성하는 것;Operating power using a compressed ignition engine using methanol-water fuel to generate power;

압축 점화 엔진의 유입 공기 스트림을 예열하고 및/또는 유입 공기 스트림을 점화 증강제로 훈증(fumigating)하는 것;Preheating the inlet air stream of the compression ignition engine and / or fumigating the inlet air stream with an ignition enhancer;

엔진 배기 가스를 처리하여 배기 열 및/또는 물을 엔진으로부터 회수하고, 추가로 사용하기 위해 열 및/또는 물을 다시 보내는 것을 포함하는 발전 시스템이 더 제공된다.A power generation system is further provided that includes treating the engine exhaust gas to recover exhaust heat and / or water from the engine and returning the heat and / or water for further use.

일부 실시예에서, 열 및/또는 물은 재사용되기 위해 엔진으로 다시 재순환될 수 있다. 택일적으로 또는 추가로, 열 및/또는 물은 다른 곳에서 사용하기 위해 국지적으로 다시 보내질 수 있다. 일 예로, 열은 온수 루프를 통해 인근 집단에 공급될 수 있어서, 예컨대 열의 형태로 에너지를 이 집단에 제공할 수 있어서, 가정 또는 상업 부지를 데울 수 있다. 이 예에서 엔진은 집단을 위해 전기를 생성하는데 사용될 수 있으며, 이점은 특히 외딴 집단에 유리할 수 있다.In some embodiments, heat and / or water may be recycled back to the engine for reuse. Alternatively or in addition, heat and / or water may be sent back locally for use elsewhere. In one example, heat may be supplied to a nearby population through a hot water loop, such as to provide energy to the population in the form of heat, thereby heating up a home or commercial site. In this example the engine can be used to generate electricity for the population, which can be particularly advantageous for remote populations.

다른 실시예에서, 시스템은 철도 및 해양 운송수단을 포함한 운송수단을 가동하도록 적응될 수 있다. 이들 응용에서, 배기는, 미립자를 제거하고, 철도나 해양 운송수단에 필요한 바와 같은 다른 사용을 위해 그리고 엔진에서 재사용을 위해 열과 물을 회수하도록 처리된다.In other embodiments, the system may be adapted to operate vehicles including rail and marine vehicles. In these applications, the exhaust is treated to remove particulates and recover heat and water for other uses, such as those required for rail or marine vehicles, and for reuse in engines.

본 발명에 따라, 메탄올과 에테르를 포함하는 2-부분 사전-연료 조성을 운반하는 방법이 더 제공되며, 이 방법은 사전-연료를 제1 지역으로부터 제1 지역으로부터 떨어진 제2 지역으로 운반하는 단계와, 메탄올로부터 에테르를 분리하여 메탄올을 포함하는 제1 연료 부분과 에테르를 포함하는 제2 연료 부분을 분리하는 단계를 포함한다.According to the invention, there is further provided a method of conveying a two-part pre-fuel composition comprising methanol and ether, the method comprising conveying the pre-fuel to a second region away from the first region and Separating the ether from methanol, separating the first fuel portion comprising methanol and the second fuel portion comprising ether.

본 발명에 따르면, 메탄올과 최대 10중량%의 에테르를 포함하는 사전-연료 조성이 더 제공된다.According to the invention, there is further provided a pre-fuel composition comprising methanol and up to 10% by weight of ether.

본 발명에 따르면, 전술한 방법이나 발전 시스템에서 전술한 디젤 연료 조성의 사용이 더 제공된다.According to the present invention, there is further provided the use of the aforementioned diesel fuel composition in the aforementioned method or power generation system.

본 발명의 실시예는 이제 수반하는 도면을 참조하여 예를 들어 기술될 것이다.Embodiments of the present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.

도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 압축 점화 엔진을 가동하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 2는, 세 연료 조성(100% 메탄올, 70% 메탄올: 30% 물 및 40% 메탄올: 60% 물)에 대해서, (연료 중량에 비교하여) 엔진 내로 훈증되는, 점화 증강제로서의 디메틸 에테르(DME)의 중량%를 압축된 연료/훈증제/공기 혼합물의 온도 변화에 대해 도시한 그래프이며, 이러한 도시는 후술될 점화 개선 기술의 지원 하에서 활용될 수 있는 일 방법에 관한 것인, 그래프이다.
도 3a는, 온수 루프를 통해 분리 가열원으로서 사용된 폐열을 이용하여, 압축 점화 엔진을 가동하고 엔진 배기를 처리하는 방법을 예시한 흐름도이다.
도 3b는 도 3a와 유사하지만, 엔진 흡입 공기를 훈증하는 단계를 제외한 흐름도이다.
도 4a는 도 3a 및 도 3b의 흐름도에서 배기 처리에 대한 더 상세한 도면이다.
도 4b는 도 4a와 유사하지만, 최종 배기 공기 교환 콘덴서가 없는 도면이다.
도 5a는, 철도 운송수단을 구동하기 위해 압축 점화 엔진을 가동하고 엔진 배기를 처리하는 방법을 예시한 흐름도이다.
도 5b는 도 5a와 유사하지만, 엔진 흡입 공기를 훈증하는 단계를 제외한 흐름도이다.
도 6a는, 해양 운송수단을 구동하기 위해 압축 점화 엔진을 가동하고 엔진 배기를 처리하는 방법을 예시한 흐름도이다.
도 6b는 도 6a와 유사하지만, 엔진 흡입 공기를 훈증하는 단계를 제외한 흐름도이다.
도 7은, 가변적인 양의 물과 메탄올, 액상인 DME 및 DEE를 함유한 연료를 사용하여 DME를 훈증한 압축 점화 엔진의 브레이크 열 효율을 예시하는 그래프이다.
도 8은, 가변적인 양의 에테를 점화 증강제로서 함유한 연료를 사용하며, DME를 훈증으로서 활용한 압축 점화 엔진의 브레이크 열 효율을 예시하는 그래프이다.
도 9는, 가변적인 양의 물을 함유한 연료를 사용하며, DME를 훈증제로서 활용한 압축 점화 엔진의 NO 배기 출력을 예시하는 그래프이다.
도 10은 예 1의 결과를 얻는데 사용된 테스트 설비의 방법 및 장비의 개략도이다.
도 11은, 메탄올-물 연료 중의 물의 양을 증가시킴으로써, 압축 점화 엔진의 NO 배기 출력을 감소시키는 것을 예시하는 그래프이다.
1 is a flow chart illustrating a method of operating a compression ignition engine in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows dimethyl ether (DME) as an ignition enhancer, fumigation into the engine (relative to fuel weight), for three fuel compositions (100% methanol, 70% methanol: 30% water and 40% methanol: 60% water). Is a graph showing the change in temperature of the compressed fuel / fumigant / air mixture, in relation to one method that can be utilized with the assistance of the ignition improvement technique described below.
3A is a flowchart illustrating a method of operating a compression ignition engine and treating engine exhaust using waste heat used as a separate heating source through a hot water loop.
FIG. 3B is a flowchart similar to FIG. 3A but with the exception of the step of fumigation of the engine intake air.
4A is a more detailed view of the exhaust treatment in the flow charts of FIGS. 3A and 3B.
4B is similar to FIG. 4A but without the final exhaust air exchange condenser.
5A is a flow diagram illustrating a method of operating a compression ignition engine and treating engine exhaust to drive a rail vehicle.
FIG. 5B is similar to FIG. 5A but with a flow chart excluding the step of fumigation of engine intake air.
6A is a flow diagram illustrating a method of operating a compression ignition engine and treating engine exhaust to drive marine vehicles.
FIG. 6B is a flowchart similar to FIG. 6A but with the exception of the step of fumigation of the engine intake air.
FIG. 7 is a graph illustrating the brake thermal efficiency of a compression ignition engine fumigation of DME using variable amounts of water and fuel containing methanol, liquid DME and DEE.
FIG. 8 is a graph illustrating the brake thermal efficiency of a compression ignition engine using a fuel containing varying amounts of eteh as an ignition enhancer and utilizing DME as a fumigation.
9 is a graph illustrating the NO exhaust output of a compression ignition engine using a fuel containing varying amounts of water and utilizing DME as a fumigant.
10 is a schematic diagram of a method and equipment of a test fixture used to obtain the results of Example 1. FIG.
11 is a graph illustrating reducing the NO exhaust power of a compression ignition engine by increasing the amount of water in the methanol-water fuel.

본 명세서에 기재한 연료와 방법은 압축 점화(CI: Compression Ignition) 엔진을 가동하는데 적절하다. 특히, 이 연료 및 방법은, 1000rpm 이하와 같은 저속에서 동작하는 CI 엔진에 가장 적절하지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 엔진의 속도는 심지어 300rpm이하, 예컨대 150rpm이하일 수 도 있다.The fuels and methods described herein are suitable for operating Compression Ignition (CI) engines. In particular, this fuel and method are most suitable for, but not limited to, CI engines operating at low speeds, such as 1000 rpm or less. The speed of the engine may even be less than 300 rpm, for example less than 150 rpm.

연료는 그러므로 선박 및 열차에서와, 발전소에서 동작하는 것과 같은 대형 디젤 엔진에 적절하다. 대형 CI 엔진의 더 느린 속도로 인해, 선택된 연료 조성의 연소가 완료되고 매우 높은 백분율의 연료가 증기화되기에 충분한 시간을 허용하여 효율적인 동작을 달성한다.Fuel is therefore suitable for large diesel engines such as operating on ships and trains and in power plants. Due to the slower speed of large CI engines, efficient operation is achieved by allowing enough time for the combustion of the selected fuel composition to complete and a very high percentage of the fuel vaporize.

그러나 본 명세서에 기술한 연료 및 방법은 더 고속으로 동작하는 소형 CI 엔진과도 동작할 수 있음을 이해해야 한다. 사실, 예비 테스트 작업이 2000rpm 및 1000rpm에서 동작하는 소형 CI 엔진에 대해 진행되었으며, 연료가 또한 그러한 더 고속의 엔진을 가동할 수 있음이 입증되었다. 일부 예에서, 조정이, 소형(더 높은 rpm) CI 엔진에서의 연료 및 방법의 사용을 보조할 수 있다. However, it should be understood that the fuels and methods described herein may also operate with smaller CI engines operating at higher speeds. In fact, preliminary testing work has been done on small CI engines operating at 2000 rpm and 1000 rpm, and it has been demonstrated that fuel can also run such higher speed engines. In some examples, the adjustment may assist in the use of fuels and methods in small (higher rpm) CI engines.

연료 조성Fuel composition

방법을 위한 연료 조성은 메탄올과 물을 포함한다. 연료는 압축 점화 엔진 연료, 즉 디젤 엔진 연료이다.The fuel composition for the method includes methanol and water. The fuel is a compressed ignition engine fuel, ie a diesel engine fuel.

현재까지, 메탄올은 압축 점화 엔진에서 상업적으로 응용되지 않아왔다. 메탄올을 엔진 연료로서 순정이거나 혼합된 상태로 사용하는 것의 단점은 3 내지 5의 범위인 낮은 세탄 지수로 강조되고 있다. 이러한 낮은 세탄 지수로 인해 메탄올은 CI 엔진에서 점화하기 어렵게 된다. 물을 메탄올과 혼합하면, 메탄올/물 혼합 연료의 연소를 훨씬 더 어렵게 하는 연료의 세탄 지수를 더욱더 감소시키며, 따라서 물을 메탄올과 조합하여 CI 엔진에 사용하는 것은 직관에 반대되는 것으로 간주되어왔다. 연료 주입에 이은 물의 효과는, 물이 가열되어 증발됨에 따라 냉각시키며, 유효 세탄을 낮추는 것이다.To date, methanol has not been applied commercially in compression ignition engines. The disadvantages of using methanol as an engine fuel, either purely or in a mixed state, are highlighted by a low cetane index in the range of 3 to 5. This low cetane index makes methanol difficult to ignite in CI engines. Mixing water with methanol further reduces the cetane index of the fuel, which makes the combustion of the methanol / water mixed fuel even more difficult, and therefore the use of water in combination with methanol in CI engines has been considered counterintuitive. The effect of water following fuel injection is to cool the water as it is heated and evaporated, lowering the effective cetane.

그러나 메탄올-물 연료 조합은, 엔진의 연소실 내로 도입된 흡입 공기 스트림이 충분히 예열된다면, 압축 점화 엔진에서 효율적으로 그리고 더 깨끗한 배기 방출로 사용될 수 있음을 알게 되었다. 더 상세하게 설명된 추가 인자가 또한 이 연료로 CI 엔진의 유효 동작을 최대화하는데 기여한다. 제2 조치로서, 흡입 공기 스트림은 점화 증강제를 포함하는 훈증제로 추가로 훈증될 수 있다. However, it has been found that methanol-water fuel combinations can be used efficiently and with cleaner exhaust emissions in compression ignition engines if the intake air stream introduced into the engine's combustion chamber is sufficiently preheated. Additional factors described in more detail also contribute to maximizing the effective operation of the CI engine with this fuel. As a second measure, the intake air stream may be further fumigation with a fumigation agent comprising an ignition enhancer.

연료는 균질의 연료 또는 단일 상 연료일 수 있다. 연료는 전형적으로 함께 유화된 분리된 유기 및 수상(aqueous phase)을 포함하는 유화 연료(emulsion fuel)는 아니다. 연료에서 추가 성분의 수용은 메탄올 및 물 모두의 이중 용해 성능의 보조를 받으며, 이로 인해, 활용될 수 있는 여러 가지 물: 메탄올 비율에 걸쳐서 넓은 범위의 물질을 용해시킬 것이다.The fuel may be a homogeneous fuel or a single phase fuel. The fuel is typically not an emulsion fuel comprising separate organic and aqueous phases emulsified together. The acceptance of additional components in the fuel is supported by the double dissolution performance of both methanol and water, which will dissolve a wide range of materials over the various water: methanol ratios available.

놀랍게도, 메탄올과 상대적으로 높은 물 레벨을 기초로 한 특정한 새로운 연료 조성이 압축 점화 엔진을 위한 연료로서 사용될 수 있음을 알게 되었다. 연료는 디젤 연료로서 지칭될 수 있다. 메탄올과 물을 원료로 한 일부 연료 조성이 상술되었을지라도, 높은 물 레벨을 함유한 이러한 타입의 연료는 압축 점화 엔진을 동작할 수 있는 것으로 알려져 있지 않다. 구체적으로 물 성분을 갖는 메탄올 연료는, 연료가 연소하여 열을 생성할 때, 가열된 또는 쿠킹 연료로서 사용하기 위해서만 기재되어왔다. 디젤 엔진 연료에 적용하는 원리는 매우 상이하며, 이는, 연료가 압축 점화 엔진에서 압축 하에서 점화해야 하기 때문이다. 쿠킹/가열 연료에서의 메탄올 및 다른 성분의 사용을 참조하여, 있더라도, 매우 적은 정보를 얻을 수 있다. 그러나 본 명세서에서 기재한 기술로 인해, 본 명세서에서 기재한 새로운 연료는 압축 점화 엔진을 동작시킬 수 있다.Surprisingly, it has been found that certain new fuel compositions based on methanol and relatively high water levels can be used as fuel for compression ignition engines. The fuel may be referred to as diesel fuel. Although some fuel compositions based on methanol and water have been described above, this type of fuel containing high water levels is not known to be able to operate compression ignition engines. Specifically, methanol fuels having a water component have been described for use only as a heated or cooking fuel when the fuel burns to produce heat. The principle applied to diesel engine fuels is very different because the fuel must ignite under compression in a compression ignition engine. With reference to the use of methanol and other components in cooking / heating fuels, very little information can be obtained, if any. However, because of the technology described herein, the new fuel described herein can operate a compression ignition engine.

하나의 새로운 디젤 연료 조성은:One new diesel fuel composition is:

- 연료 중 적어도 20중량% 레벨의 메탄올;At least 20% by weight of methanol in the fuel;

- 연료 중 적어도 20중량% 레벨의 물;At least 20% by weight of water in the fuel;

- 20:80과 80:20 사이의 물과 메탄올 비;Water to methanol ratio between 20:80 and 80:20;

- 연료 조성 중의 적어도 70%, 적어도 80% 또는 적어도 85%와 같은 연료 조성의 적어도 60중량%의 물과 메탄올의 총 양; 및A total amount of water and methanol of at least 60% by weight of the fuel composition, such as at least 70%, at least 80% or at least 85% of the fuel composition; And

- 연료 중 총 중량이 적어도 0.1중량%인 하나 이상의 첨가제를 포함하며, 염화나트륨의 레벨은, 첨가제로서 제공되는 경우, 연료 중 0중량%와 0.5중량% 사이이며, 향미제(flavourant) 레벨은, 첨가제로서 존재하는 경우, 조성의 0%와 1.5% 사이이다.At least 0.1% by weight of at least 0.1% by weight of the fuel, wherein the level of sodium chloride, if provided as an additive, is between 0% and 0.5% by weight of the fuel and the flavor level is additive When present as, it is between 0% and 1.5% of the composition.

일 실시예에 따르면, 첨가제는 연료의 최대 20중량%의 레벨로 에테르를 포함한다. 에테르는 디메틸 에테르나 디에틸 에테르일 수 있다.According to one embodiment, the additive comprises ether at a level of up to 20% by weight of the fuel. The ether may be dimethyl ether or diethyl ether.

물 레벨은 일부 실시예에서 연료 조성의 20중량%를 초과할 수 있다. 일부 실시예의 최소 물 레벨은 후술될 것이다. 예컨대, 최소 물 레벨은 연료의 25중량%를 초과, 30중량%를 초과, 35중량%를 초과, 40중량%를 초과, 45중량%를 초과, 50중량%를 초과, 55중량%를 초과, 60중량%를 초과, 65중량%를 초과 또는 심지어 70중량%를 초과할 수 있다.The water level may exceed 20% by weight of the fuel composition in some embodiments. The minimum water level of some embodiments will be described later. For example, the minimum water level is greater than 25 weight percent, greater than 30 weight percent, greater than 35 weight percent, greater than 40 weight percent, greater than 45 weight percent, greater than 50 weight percent, greater than 55 weight percent, It may exceed 60% by weight, exceed 65% by weight or even exceed 70% by weight.

그러한 높은 함수 메탄올-물 디젤 연료 조성은 압축 점화 엔진을 동작할 수 있도록 이제까지 확립되지 않아왔다. 그러나 본 명세서에서 기술된 이들 높은 함수 메탄올-물 연료 조성은, 특히 이 엔진이 본 명세서에서 기술된 방법에 따라 동작할 때, 압축 점화 엔진을 동작할 수 있다. 이것은 유입 공기 예열, 또는 유입 공기의 훈증제로의 훈증을 수반할 수 있다.Such high water methanol-water diesel fuel compositions have not been established so far to operate compressed ignition engines. However, these high water methanol-water fuel compositions described herein can operate a compression ignition engine, especially when this engine operates in accordance with the method described herein. This may involve inlet air preheating or fumigation of the inlet air with a fumigation agent.

일반적으로, 연료 조성에서 물과 에탄올의 상대적인 양은 0.2:99.8중량 내지 80:20중량의 범위에 있을 수 있다. 일부 실시예에 따르면, (에탄올에 대한) 최소 물 레벨은 2:98, 3:97, 5:95, 7:93, 10:90, 15:95, 19:81; 21:79의 최소비와 같은 1:99이다. 일부 시시예에 따른 조성에서 (메탄올에 대한) 물의 상한은 75:25, 70:30, 60:40, 50:50 또는 40:60과 같은 80:20이다. 이 조성에서 물의 상대적인 양은 "낮은 내지 중간 물" 레벨 범위나 "중간 내지 높은 물" 레벨 범위에 있는 것으로 간주될 수 있다. "낮은 내지 중간 물" 레벨 범위는 상기 기재한 최소 레벨 중 임의의 레벨로부터 18:82, 20:80, 25:75, 30:70, 40:60, 50:50 또는 60:40 중 어느 것의 최대치까지의 범위를 포함한다. "중간 내지 높은 물" 레벨 범위는 20:80, 21:79, 25:75, 30:70, 40:60, 50:50, 56:44 또는 60:40 중 어느 하나로부터 앞서 기재한 상한 중 하나의 최대치까지의 범위를 포함한다. 전형적인 낮은/중간 물 레벨 범위는 2:98 내지 50:50이며, 전형적인 중간/높은 물 레벨 범위는 50:50 내지 80:20이다. 전형적인 낮은 물 레벨 범위는 5:95 내지 35:65이다. 전형적인 중간 레벨 물 범위는 35:65 내지 55:45이다. 전형적인 높은 물 레벨 범위는 55:45 내지 80:20이다. 본 발명의 새로운 더 높은 함수 디젤 연료는, 연료가 (최소 20% 함수와 같이) 앞서 기재한 연료의 특성을 포함한다면, 물과 메탄올의 상기 상대적인 양을 포함할 수 있다.In general, the relative amounts of water and ethanol in the fuel composition may range from 0.2: 99.8 weights to 80:20 weights. According to some embodiments, the minimum water level (for ethanol) is 2:98, 3:97, 5:95, 7:93, 10:90, 15:95, 19:81; 1:99, which is the same as the minimum ratio of 21:79. In some compositions, the upper limit of water (relative to methanol) is 80:20, such as 75:25, 70:30, 60:40, 50:50 or 40:60. The relative amount of water in this composition may be considered to be in the "low to medium water" level range or the "medium to high water" level range. The "low to medium water" level range is the maximum of any of 18:82, 20:80, 25:75, 30:70, 40:60, 50:50 or 60:40 from any of the minimum levels described above. It covers the range up to. The "medium to high water" level range is one of the upper limits set forth above from any of 20:80, 21:79, 25:75, 30:70, 40:60, 50:50, 56:44 or 60:40. It includes the range up to the maximum of. Typical low / medium water level ranges are from 2:98 to 50:50 and typical medium / high water level ranges are from 50:50 to 80:20. Typical low water level ranges from 5:95 to 35:65. Typical mid level water ranges from 35:65 to 55:45. Typical high water level ranges are 55:45 to 80:20. The new higher hydrous diesel fuel of the present invention may include the above relative amounts of water and methanol provided that the fuel includes the properties of the fuel described above (such as at least 20% hydrous).

전체(주된) 연료 조성에서 물의 중량%를 고려하면, 주된 연료 조성에서 물의 상대량은 연료 조성 중 적어도 0.2중량%, 적어도 0.5중량%, 적어도 1중량%, 적어도 2중량%, 적어도 3중량%, 적어도 4중량%, 적어도 5중량%, 적어도 6중량%, 적어도 7중량%, 적어도 8중량%, 적어도 9중량%, 적어도 10중량%, 적어도 11중량%, 적어도 12중량%, 적어도 13중량%, 적어도 14중량%, 적어도 15중량%, 적어도 16중량%, 적어도 17중량%, 적어도 18중량%, 또는 적어도 19중량%, 적어도 20중량%, 적어도 22중량%, 적어도 25중량%, 적어도 30중량%, 적어도 35중량%, 적어도 40중량%, 적어도 45중량%, 적어도 50중량%, 적어도 55중량%, 적어도 60중량%, 적어도 65중량% 또는 적어도 70중량% 물의 최소치일 수 있다. 주된 연료 조성에서 물의 중량이 증가함에 따라, 더욱더 놀랍게도, 유입 공기의 훈증제로의 훈증이, IMEP 중 COV 면에서 매끄러운 동작과 순 동력을 발생시킴으로써, 점화 면에서 연료 중 물의 불이익을 극복한다. 연료 조성 중의 물의 최대량은 68중량%, 60중량%, 55중량%, 50중량%, 40중량%, 35중량%, 32중량%, 30중량%, 25중량%, 23중량%, 20중량%, 15중량% 또는 10중량%일 수 있다. 최소 레벨 중 임의의 것이, 최소 레벨이 최대 물 레벨 미만이어야 한다는 요구사항을 제외하고, 제한 없이 최대 레벨과 결합될 수 있다.Considering the weight percentage of water in the total (main) fuel composition, the relative amount of water in the main fuel composition is at least 0.2%, at least 0.5%, at least 1%, at least 2%, at least 3%, At least 4%, at least 5%, at least 6%, at least 7%, at least 8%, at least 9%, at least 10%, at least 11%, at least 12%, at least 13%, At least 14%, at least 15%, at least 16%, at least 17%, at least 18%, or at least 19%, at least 20%, at least 22%, at least 25%, at least 30% , At least 35%, at least 40%, at least 45%, at least 50%, at least 55%, at least 60%, at least 65%, or at least 70% by weight of water. Even more surprisingly, as the weight of water in the main fuel composition increases, fumigation of the inlet air into a fumigant overcomes the disadvantages of water in fuel in terms of ignition by generating smooth operation and net power in terms of COV in IMEP. The maximum amount of water in the fuel composition is 68%, 60%, 55%, 50%, 40%, 35%, 32%, 30%, 25%, 23%, 20%, 15 weight percent or 10 weight percent. Any of the minimum levels can be combined with the maximum level without limitation, except for the requirement that the minimum level be less than the maximum water level.

바람직한 브레이크 열 효율(BTE)에 대해, 예에서 보고된 테스트 결과를 기초로 해서, 일부 실시예에서 연료 조성 중 물의 양은 0.2중량%와 32중량% 사이이다. 메탄올-물 압축 점화 엔진 연료에 대한 브레이크 열 효율에서 피크에 대한 최적 구역은 주된 연료 조성 중 12중량%와 23중량% 사이이다. 이 범위는 이들 두 범위 중 더 넓은 것으로부터 더 좁은 것으로 증분적으로 좁아질 수 있다. 일부 실시예에서, 이것은 주된 연료 조성의 최대 15중량%인, 연료 조성에서 점화 증강제의 양과 결합된다. 점화 증강제의 상세한 내용은 후술할 것이다.For preferred brake thermal efficiency (BTE), based on the test results reported in the examples, in some embodiments the amount of water in the fuel composition is between 0.2% and 32% by weight. The optimum zone for the peak in brake thermal efficiency for methanol-water compressed ignition engine fuel is between 12% and 23% by weight of the main fuel composition. This range can be incrementally narrowed from the wider of these two ranges to the narrower one. In some embodiments, this is combined with the amount of ignition enhancer in the fuel composition, which is at most 15% by weight of the main fuel composition. Details of the ignition enhancer will be described later.

NOx 방출의 최대 감소에 대해 예에서 보고된 다른 테스트 결과를 기초로, 일부 실시예에서 연료 조성 중 물의 양은 22중량%와 68중량% 사이이다. NOx 방출의 최대 감소에 대한 최적 구역은 주된 연료 조성의 30중량%와 60중량% 사이이다. 이 범위는 이들 두 범위 중 더 넓은 것으로부터 더 좁은 것으로 증분적으로 좁아질 수 있다. NO가 주된 NOx 방출 성분이므로, NOx 방출의 전체 범위의 더 큰 비율이거나 이것을 가리키는 것인 NO 방출을 참조할 수 있다.Based on the other test results reported in the examples for the maximum reduction of NOx emissions, in some embodiments the amount of water in the fuel composition is between 22% and 68% by weight. The optimum zone for the maximum reduction of NOx emissions is between 30% and 60% by weight of the main fuel composition. This range can be incrementally narrowed from the wider of these two ranges to the narrower one. Since NO is the main NOx emission component, reference may be made to the NO emission, which is at or represents a greater proportion of the full range of NOx emissions.

일부 실시예에서, 연료 속성 및 방출에 대한 원하는 균형에 대해, 연료 조성은 5%와 25%의 물 사이, 5%와 22% 물 사이와 같이, 주된 연료 조성 중의 5중량%와 40중량% 사이의 물을 포함한다. 이들 레벨은 예에서 보고된 테스트 결과의 조합을 기초로 한다. In some embodiments, for the desired balance of fuel properties and emissions, the fuel composition is between 5% and 40% by weight of the main fuel composition, such as between 5% and 25% water, between 5% and 22% water. Contains water. These levels are based on the combination of test results reported in the examples.

본 명세서에 기재한 방법에 사용하기 위한 일반 연료에서, 총 연료 조성 중 메탄올의 양은 바람직하게는 연로 조성의 적어도 20중량%이다. (새로운 높은 함수 메탄올-물 디젤 연료 조성 실시예와 같은) 일부 실시예에 따르면, 연료 조성 중 메탄올의 양은 연료 조성의 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60% 또는 적어도 70%이다. 본 명세서에 기재한 방법에서 사용하기 위한 일반 연료에서, 총 연료 조성 중 물의 양은 적어도 0.2%, 적어도 0.5%, 적어도 1%, 적어도 2%, 적어도 3%, 적어도 4%, 적어도 5%, 적어도 6%, 적어도 7%, 적어도 8%, 적어도 9%, 적어도 10%, 적어도 11%, 적어도 12%, 적어도 13%, 적어도 14%, 적어도 15%, 적어도 16%, 적어도 17%, 적어도 18%, 적어도 19%, 적어도 20%, 적어도 25%, 적어도 30%, 적어도 35%, 적어도 40%, 적어도 45%, 적어도 50%, 적어도 55%, 적어도 60%, 적어도 65% 및 적어도 70%일 수 있다. 새로운 높은 함수 메탄올-물 디젤 연료 조성 실시예에 대해, 물 레벨은 연료 조성의 적어도 20중량%이다. 더 높은 물 레벨에서의 그러한 연료의 점화는 엔진에 들어온 공기의 증가한 온도를 통해 달성할 수 있다. 점화 속성의 추가 증강은, 연료 주입에 앞서 점화할 수 있는 훈증제의 사용을 통해 달성될 수 있어서, 연료가 주입된 후 점화가 일어나기 위해 유리한 더 높은 온도 조건을 만들 수 있다. 연료 조성 중 물의 중량은 증가하므로, 더욱더 놀랍게도, 앞서 개괄적으로 기재한 점화 개선 기술은 연료 중 물의 불이익을 극복한다.In general fuels for use in the methods described herein, the amount of methanol in the total fuel composition is preferably at least 20% by weight of the fuel composition. According to some embodiments (such as the new high water methanol-water diesel fuel composition embodiment), the amount of methanol in the fuel composition is at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60% or at least 70% of the fuel composition. . In general fuels for use in the methods described herein, the amount of water in the total fuel composition is at least 0.2%, at least 0.5%, at least 1%, at least 2%, at least 3%, at least 4%, at least 5%, at least 6 %, At least 7%, at least 8%, at least 9%, at least 10%, at least 11%, at least 12%, at least 13%, at least 14%, at least 15%, at least 16%, at least 17%, at least 18%, At least 19%, at least 20%, at least 25%, at least 30%, at least 35%, at least 40%, at least 45%, at least 50%, at least 55%, at least 60%, at least 65% and at least 70%. . For a new high water methanol-water diesel fuel composition embodiment, the water level is at least 20% by weight of the fuel composition. Ignition of such fuel at higher water levels can be achieved through increased temperature of the air entering the engine. Further enhancement of the ignition properties can be achieved through the use of a fumigant that can ignite prior to fuel injection, thus creating advantageous higher temperature conditions for ignition to occur after fuel is injected. As the weight of water in the fuel composition increases, even more surprisingly, the ignition improvement techniques outlined above overcome the disadvantages of water in the fuel.

총 연료 조성 중 메탄올과 물의 결합된 양은 연료 조성 중 적어도 80%, 적어도 85%, 또는 적어도 90%와 같은 적어도 75%일 수 있다. 연료 조성은 연료 조성 중 결합된 양이 최대 25중량%, 또는 최대 20중량%, 또는 최대 15중량%, 또는 최대 10중량%인 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 총 또는 결합된 레벨의 첨가제는 연료 조성 중 최대 5%이다. 새로운 높은 함수 디젤 연료 조성과 같은 일부 실시예에서, 첨가제는 연료의 적어도 0.1중량%를 구성한다. 이 새로운 높은 함수 디젤 연료 조성에서, 염화나트륨이 존재한다면, 이 첨가제의 레벨은 연료의 최대 0.5중량%의 레벨로 존재하며, 향미제가 존재한다면, 향미제 레벨은 조성의 최대 1.5%이다.The combined amount of methanol and water in the total fuel composition may be at least 75%, such as at least 80%, at least 85%, or at least 90% of the fuel composition. The fuel composition may comprise one or more additives in which the combined amount in the fuel composition is at most 25%, or at most 20%, or at most 15%, or at most 10% by weight. In some embodiments, the total or combined level of additive is at most 5% of the fuel composition. In some embodiments, such as a new high water diesel fuel composition, the additive makes up at least 0.1% by weight of the fuel. In this new high water diesel fuel composition, if sodium chloride is present, the level of this additive is present at a level of up to 0.5% by weight of the fuel, and if present, the flavor level is at most 1.5% of the composition.

연료 조성의 발생에 사용하기 위한 메탄올은 임의의 소스로부터 유래할 수 있다. 일 예로서, 메탄올은 제조되거나 폐 메탄올, 또는 거친 또는 반-정련된 메탄올, 또는 정련되지 않은 메탄올일 수 있다. 거친 또는 폐 또는 반-정련된 메탄올은 전형적으로 주로 메탄올을 함유할 수 있지만, 잔여물은 물과 다량의 더 높은 알코올, 알데히드, 케톤 또는 메탄올 제조의 정상 과정 중 발생한 다른 탄화수소 및 산소 분자이다. 폐 메탄올은 오염 정도나 타입에 따라 적적할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 앞선 절들에서 메탄올과 물의 비율, 연료 조성 중 메탄올 중량의 양에 대한 참조는 메탄올 소스에서 메탄올 자체의 양을 지칭한다. 따라서, 메탄올 소스가 90% 메탄올과 기타 성분을 함유한 크루드(crude) 메탄올이고, 연료 조성 중 이 크루드 메탄올의 양이 50%라면, 실제 메탄올 양은 45% 메탄올인 것으로 고려된다. 메탄올 소스 중 물 성분은, 연료 조성 중 물의 양을 결정할 때 고려되며, 다른 불순물은, 달리 명시되어 있지 않다면, 산물에서 성분의 상대적인 양을 평가할 때 첨가제로서 처리된다. 크루드 메탄올에 존재할 수 있는 더 높은 알코올, 알데히드 및 케톤은 용해 가능한 연료 증량제(extender) 첨가제로서 기능할 수 있다.Methanol for use in the generation of the fuel composition can be from any source. As one example, methanol may be prepared or spent methanol, or rough or semi-refined methanol, or unrefined methanol. Coarse or waste or semi-refined methanol may typically contain primarily methanol, but the residue is water and higher hydrocarbons, aldehydes, ketones or other hydrocarbon and oxygen molecules generated during the normal process of preparing methanol. Waste methanol may or may not be suitable depending on the degree or type of contamination. References to the ratio of methanol to water and the amount of methanol in the fuel composition in the preceding sections refer to the amount of methanol itself in the methanol source. Thus, if the methanol source is crude methanol containing 90% methanol and other components and the amount of this crude methanol in the fuel composition is 50%, the actual methanol amount is considered to be 45% methanol. The water component in the methanol source is considered when determining the amount of water in the fuel composition, and other impurities are treated as additives when assessing the relative amounts of the components in the product, unless otherwise specified. The higher alcohols, aldehydes and ketones that may be present in the crude methanol can function as soluble fuel extender additives.

일부 실시예에 따라, 연료는 크루드 메탄올을 포함한다. 용어 "크루드 메탄올"은 메탄올, 물을 함유한 메탄올 소스와 같은 낮은 순도의 메탄올 소스를 포함하며, 최대 35% 비-수 불순물일 수 있다. 크루드 메탄올의 메탄올 함량은 95% 이하일 수 있다. 크루드 메탄올은 추가 정련 없이 연료에서 직접 사용될 수 있다. 전형적인 비-수 불순물은 더 높은 알코올, 알데히드, 케톤을 포함한다. 용어 "크루드 메탄올"은 폐 메탄올, 거친 메탄올 및 반-정련 메탄올을 포함한다. 이 실시예의 특정한 장점은, 더 높은 레벨로 불순물을 함유하는 크루드 메탄올이 값비싼 정련 없이도 CI 엔진에 대한 연료에서 바로 사용할 수 있다는 점이다. 이 경우, 첨가제 레벨(즉, 크루드 메탄올 불순물 및 물을 제외한 기타 연료 조성 첨가제)은 (크루드 메탄올 내의 불순물을 포함하여) 연료 조성의 최대 60%일 수 있다. 소스로서 (98중량% 이상의 순수한 메탄올과 같은) 매우 높은 순도의 메탄올을 사용하는 연료 조성에 대해서, 총 첨가제 레벨은 최대 25%, 최대 20%, 최대 15% 또는 최대 10%와 같이 낮게 될 수 있다.According to some embodiments, the fuel comprises crude methanol. The term “crude methanol” includes a low purity methanol source, such as methanol, a methanol source containing water, and can be up to 35% non-aqueous impurities. The methanol content of the crude methanol may be 95% or less. Crude methanol can be used directly in the fuel without further refining. Typical non-aqueous impurities include higher alcohols, aldehydes, ketones. The term "crude methanol" includes spent methanol, coarse methanol and semi-refined methanol. A particular advantage of this embodiment is that crude methanol containing impurities at higher levels can be used directly in fuel for CI engines without expensive refining. In this case, the additive level (ie, crude methanol impurities and other fuel composition additives except water) may be up to 60% of the fuel composition (including impurities in crude methanol). For fuel compositions that use very high purity methanol (such as 98% by weight or more pure methanol) as a source, the total additive level can be as low as 25%, 20%, 15% or 10% at maximum. .

적절한 품질의 임의의 물이 연료 조성의 생성을 위한 물의 소스로서 사용될 수 있다. 물의 소스는, 역삼투에 의해 정제되거나, 활성 탄소와 같은 활성 물질에 의해 또는 다른 화학 처리, 탈이온화, 증류 또는 증발 기술에 의해 정제된 정류되지 않은 거친 메탄올, 또는 재활용된 물, 또는 크루드 또는 오염된 물(예컨대, 소금을 함유한 바닷물)의 일부로서 포함된 물일 수 있다. 물은 이들 소스의 조합으로부터 발생할 수 있다. 일 예로서, 물의 소스는 연소 점화 엔진의 물 농축 배기로부터 회수된 물일 수 있다. 이러한 물은 열 교환기 및 분사실이나 기타 유사한 동작을 통해 회수될 수 있다. 이러한 회수 및 재사용 기술로 인해 배기 방출을 정화할 수 있다. 이 경우의 물은, 임의의 포획된 연소되지 않은 연료와 함께 또는 이것이 없이 엔진으로 다시 재순환된다. 탄화수소 또는 미립자 또는 기타 연소 산물은 엔진으로 복귀되어 루프 연소 단계를 통한 소멸까지 재순환되거나, 알려진 정제 수단에 의해 처리된다. 물은 일부 실시예에서 바닷물과 같은 염수일 수 있으며, 그로부터 소금을 제거하기 위해 정제되었다. 이 실시예는 해양 CI 엔진과 같은 해양 응용이나, 외딴 섬 지역에서 CI 엔진의 동작을 위해 적절하다.Any water of appropriate quality can be used as the source of water for the production of the fuel composition. The source of water is unrectified coarse methanol, or recycled water, or crude, which is purified by reverse osmosis or purified by an active material such as activated carbon or by other chemical treatment, deionization, distillation or evaporation techniques. Water that is included as part of contaminated water (eg, salt-containing seawater). Water can come from a combination of these sources. As an example, the source of water may be water recovered from the water enriched exhaust of the combustion ignition engine. Such water may be recovered through heat exchangers and spray chambers or other similar operations. This recovery and reuse technology can purify the exhaust emissions. Water in this case is recycled back to the engine with or without any captured unburned fuel. Hydrocarbons or particulates or other combustion products are returned to the engine and recycled to extinction through a loop combustion step, or are processed by known purification means. The water may in some embodiments be brine, such as seawater, and purified therefrom to remove salt. This embodiment is suitable for marine applications, such as marine CI engines, or for operation of CI engines in remote island areas.

물의 품질은, 공급 체인을 통해 엔진 내로의 주입 지점까지의 부식 및 엔진 퇴적 특징에 영향을 미칠 것이며, 부식 방지 첨가제가나 다른 방법을 통한 연료의 적절한 처리가 이들 환경에서 필요할 수 있다.The quality of the water will affect the corrosion and engine deposition characteristics up to the point of injection into the engine through the supply chain, and the proper treatment of fuel through anticorrosive additives or other methods may be necessary in these environments.

연료에 포함된 첨가제의 양은, (예컨대) 물의 연료로의 추가에 의해 초래된 임의의 하류 희석 효과를 고려할 수 있다.The amount of additive included in the fuel may take into account any downstream dilution effect caused by addition of (eg) water to the fuel.

연료 조성에 존재할 수 있는 첨가제는 다음의 카테고리 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있지만, 오로지 이것들로부터 선택되는 것은 아니다:The additives that may be present in the fuel composition may be selected from one or more of the following categories, but not solely from these:

1. 점화 개선제 첨가제. 이들은 점화 증강제로서 지칭될 수 도 있다. 점화 개선제는 연소 시작을 촉진하는 성분이다. 이러한 타입의 분자는 본래 불안정하며, 이러한 불안정성은 다른 연료 성분(예컨대, 메탄올)의 연소를 초래하는 "자체 시작" 반응을 초래한다. 이러한 점화 개선제는, (디메틸 에테르와 같은 C1 내지 C6 에테르를 포함한) 에테르, 알킬 니트라이드, 알킬 페록사이드, 휘발성 탄화수소, 산화된 탄화수소(oxygenated hydrocarbon), 및 이들의 혼합물과 같은 점화 증강 속성을 갖도록 종래기술에서 알려진 물질로부터 선택될 수 있다. 1. Ignition improver additives. These may be referred to as ignition enhancers. Ignition improvers are components that promote the onset of combustion. Molecules of this type are inherently unstable and this instability results in a "self starting" reaction that results in the combustion of other fuel components (eg methanol). Such ignition improvers are conventionally formulated to have ignition enhancing properties such as ethers (including C1 to C6 ethers such as dimethyl ether), alkyl nitrides, alkyl peroxides, volatile hydrocarbons, oxygenated hydrocarbons, and mixtures thereof. It may be selected from materials known in the art.

전형적인 점화 증강제 외에도, 점화 전에 액체 연료 성분의 증기화에 따라 연소 구역에 존재하는 미세하게 분산된 탄화수소 입자는 연소 개시자로서 역할을 할 수도 그렇지 않을 수 도 있지만, 존재하는 그러한 종류는 총 공기/연료 혼합물의 더 완벽하고 신속한 연소에 기여할 수 있다.In addition to the typical ignition enhancer, the finely dispersed hydrocarbon particles present in the combustion zone may or may not serve as the combustion initiator upon vaporization of the liquid fuel component prior to ignition, but such types present are total air / fuel It can contribute to a more complete and faster burning of the mixture.

추가 점화 개선제가 연료에 병합될 수 있지만, 본 명세서에 기재된 기술은 그러한 첨가제 없이도 엔진 동작 범위에 걸쳐서 점화를 용이하게 한다. 따라서, 일부 실시예에 따라, 연료는 점화 개선제 첨가제가 없다. 다른 실시예에서, 연료는 (비록 다른 점화 개선제를 함유할 수 있더라도), DME가 없다. 일부 실시예에 따라, 점화 개선제로서 디메틸 에테르인 경우에, 20%미만, 15%미만, 10%미만, 5%미만, 3%미만, 1%미만의 디메틸 에테르가 연료 조성에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 주된 연료 조성 중의 (디메틸 또는 디에틸 에테르와 같은 임의의 타입의) 에테르 양은 20%미만, 15%미만, 10%미만, 5%미만이다.Although additional ignition improvers may be incorporated into the fuel, the techniques described herein facilitate ignition across the engine operating range without such additives. Thus, according to some embodiments, the fuel is free of ignition improver additives. In other embodiments, the fuel is free of DME (although it may contain other ignition improvers). According to some embodiments, when dimethyl ether is an ignition improver, less than 20%, less than 15%, less than 10%, less than 5%, less than 3%, less than 1% dimethyl ether may or may not be present in the fuel composition. Can be. In some embodiments, the amount of ether (of any type, such as dimethyl or diethyl ether) in the main fuel composition is less than 20%, less than 15%, less than 10%, less than 5%.

일부 실시예에서, 연료 조성에 존재하는 점화 증강제 중 적어도 80%는 하나나 또는 적어도 2개의 특정 화학물질로 제공되며, 예로는 디메틸 에테르와 디에틸 에테르가 있다. 일 실시예에서, 단일 화학 아이덴터티의 점화 증강제는 주된 연료 조성에 존재한다. 일 실시예에서, 연료 조성 중 점화 증강제의 적어도 80%는 단일 화학 아이덴터티의 점화 증강제로 구성된다. 각 경우에, 점화 증강제를 구성하는 단일 점화 증강제나, 80%를 초과하는 점화 증강제 성분은 디메틸 에테르일 수 있다. 다른 실시예에서, 점화 증강제는 셋 이상의 점화 증강제의 혼합물을 포함한다.In some embodiments, at least 80% of the ignition enhancers present in the fuel composition are provided with one or at least two specific chemicals, for example dimethyl ether and diethyl ether. In one embodiment, the ignition enhancer of a single chemical identity is present in the main fuel composition. In one embodiment, at least 80% of the ignition enhancer in the fuel composition consists of the ignition enhancer of a single chemical identity. In each case, the single ignition enhancer constituting the ignition enhancer or greater than 80% of the ignition enhancer component may be dimethyl ether. In another embodiment, the ignition enhancer comprises a mixture of three or more ignition enhancers.

일부 실시예에서 연료 조성 중의 점화 증강제의 양은 연료 조성의 최대 10%나 최대 5%와 같이 최대 20%이다.In some embodiments the amount of ignition enhancer in the fuel composition is up to 20%, such as up to 10% or up to 5% of the fuel composition.

2. 연료 증량제. 연료 증량제는 엔진을 구동하기 위한 열 에너지를 제공하는 물질이다. 연료 증량제로서 사용되는 물질은 연료 조성에 포함하기 위한 주된 목적으로서 이러한 목적을 가질 수 있거나, 첨가제는 이러한 기능 및 다른 기능을 제공할 수 있다.2. Fuel extender. Fuel extenders are materials that provide thermal energy for driving an engine. The material used as fuel extender may have this purpose as the main purpose for inclusion in the fuel composition, or the additive may provide this and other functions.

그러한 연료 증량제의 예는 다음과 같다:Examples of such fuel extenders are as follows:

a) 탄화수소. 탄화수소는 당(sugar)과 탄수화물(starch)을 포함한다. 탄화수소는 연료 증량제 목적을 위해 포함될 수 있지만, 점화 개선제 및/또는 연소 개선제로서도 기능할 수 있다. 탄화수소는 바람직하게는 물/메탄올 용해성이 있으며, 더 높은 물 레벨이 연료 중에 더 많이 용해된 당을 수용한다. 농축된 물(단일 상) 연료 조성은 당과 같은 탄화수소의 용해를 가능케 하며, 그러나 연료 조성 중 액체 용매(물/메탄올)은 엔진에서 증발하므로, 탄화수소 용질이, 엔진 조건 하에서 분해/반응할 낮은 LEL(Lower Explosive Limit: 폭발하한계) 조성의 마이크로-미세 큰 표면적 부유 입자를 형성할 수 있어서, 연료 혼합물의 점화성을 개선할 수 있다. 혼합물의 연소성의 개선을 달성하기 위해, 이 탄화수소 첨가제 중 적어도 1%, 바람직하게는 적어도 1.5% 및 더 바람직하게는 적어도 5%의 양이 바람직하다. 연료 조성 중 최대 20%의 상한이 바람직하다.a) hydrocarbon. Hydrocarbons include sugars and carbohydrates. Hydrocarbons may be included for fuel extender purposes, but may also function as ignition improvers and / or combustion improvers. The hydrocarbon is preferably water / methanol soluble and higher water levels contain more dissolved sugars in the fuel. The concentrated water (single phase) fuel composition allows for the dissolution of hydrocarbons such as sugars, but the liquid solvent (water / methanol) in the fuel composition evaporates in the engine, so that the hydrocarbon solute will degrade / react under engine conditions. (Lower Explosive Limit) It is possible to form micro-fine large surface area suspended particles of composition, thereby improving the ignition of the fuel mixture. In order to achieve an improvement in the combustibility of the mixture, an amount of at least 1%, preferably at least 1.5% and more preferably at least 5% of these hydrocarbon additives is preferred. An upper limit of up to 20% of the fuel composition is preferred.

b) 용해 가능한 연료 증량제 첨가제. 연료 증량제 첨가제는 연소 가능한 물질이다. 이들 첨가제는 별도의 성분으로서 첨가될 수 있거나, 연료 조성을 생성하는데 사용되는 증류 않된 메탄올의 일부일 수 있다. 그러한 첨가제는 C2-C8 알코올, 에테르, 케톤, 알데하이드, 지방산 에스테르 및 그 혼합물을 포함한다. 지방산 메틸 에스테르와 같은 지방산 에스테르는 바이오 연료 기원을 가질 수 있다. 이들은 바이오 연료 소스나 방법을 통해 공급될 수 있다. 이들의 생산을 위한 전형적인 방법은 특히 평지씨(rapeseed), 야자 또는 콩기름과 같은 식물-추출 오일의 에스테르 교환반응을 수반한다.b) soluble fuel extender additives. Fuel extender additives are combustible materials. These additives may be added as separate components or may be part of the undistilled methanol used to produce the fuel composition. Such additives include C2-C8 alcohols, ethers, ketones, aldehydes, fatty acid esters and mixtures thereof. Fatty acid esters, such as fatty acid methyl esters, may have a biofuel origin. These may be supplied via biofuel sources or methods. Typical methods for their production involve the transesterification of plant-extracted oils, in particular rapeseed, palm or soybean oil.

그러한 첨가제가 생산될 수 있거나 재배될 수 있고 지역적으로 소비될 수 있는 특정 시장에 대한 연료 조성 자체에서의 연료 증량제의 레벨을 경제적으로 증가시킬 수 있어서, 기본 연료 및/또는 첨가제의 중요성에 대한 필요를 감소시킬 수 있는 기회가 있을 수 있다. 그러한 조건 하에서, 그러한 연료 증량제 첨가제를 포함한 최대 60%의 총 첨가제의 농도를 특히 메탄올 소스가 크루드 메탄올인 경우에 고려될 수 있지만, 연료 조성의 최대 30%, 또는 최대 40%, 또는 최대 50%의 양이나 처리율이 바람직하다.Such additives can economically increase the level of fuel extender in the fuel composition itself for a particular market that can be produced or grown and consumed locally, thereby eliminating the need for the importance of base fuels and / or additives. There may be opportunities to reduce it. Under such conditions, concentrations of up to 60% total additives, including such fuel extender additives, can be considered, especially when the methanol source is crude methanol, but up to 30%, or up to 40%, or up to 50% of the fuel composition. The amount and the treatment rate of are preferable.

3. 연소 증강제. 이들은 연소 개선제로서도 지칭할 수 있다. 연소 증강제의 예는 예컨대 질산암모늄과 같은 질산 암모늄 화합물이다. 200℃에서, 질산암모늄은 다음의 반응에 따라 아산화질소로 분해된다:3. Combustion enhancer. These may also be referred to as combustion improvers. Examples of combustion enhancers are ammonium nitrate compounds, for example ammonium nitrate. At 200 ° C., ammonium nitrate decomposes to nitrous oxide according to the following reaction:

NH4NO3=N20+2H20NH 4 NO 3 = N 2 0 + 2H 2 0

형성된 아산화질소는 다음과 같이 산소와 유사한 방식으로 물의 존재 시에 연료와 반응한다:The nitrous oxide formed reacts with the fuel in the presence of water in a similar manner to oxygen as follows:

CH30H+H20=3H2+CO2 CH 3 0H + H 2 0 = 3H 2 + CO 2

H2+N20=H20+N2 H 2 + N 2 0 = H 2 0 + N 2

CH3OH+3N2O=3N2+CO2+2H20CH 3 OH + 3N 2 O = 3N 2 + CO 2 + 2H 2 0

사용될 수 있는 다른 질산암모늄 화합물은 예컨대 에틸암모늄 질산염 및 트리에틸암모늄 질산염을 포함하지만, 이들 질산염은 또한, 연료에서의 그 주된 기능이 점화 증강이므로, 연소 증강제보다는 점화 증강제(세탄)로서 간주될 수 있다. Other ammonium nitrate compounds that can be used include, for example, ethylammonium nitrate and triethylammonium nitrate, but these nitrates can also be considered as ignition enhancers (cetans) rather than combustion enhancers, as their main function in fuel is ignition enhancers. .

다른 연소 개선제는 금속 또는 이온 종류를 포함할 수 있으며, 이온 종류는 사전 또는 사후 연소 환경 하에서 해리(dissociation)에 의해 형성한다.Other combustion modifiers may include metal or ionic species, which are formed by dissociation under a pre or post combustion environment.

4. 산소 흡수 오일. 산호 흡수 오일은 바람직하게는 물 메탄올 혼합물에서 용해될 수 있는 것이다. 산소 흡수 오일은 낮은 자체-점화점을 가지며, 또한 예컨대 오일의 30중량%의 양에서 연소 전에 산소를 직접 흡수하는 성능을 갖는다. 주위 물의 증기화 이후 뜨거운 가스 상으로부터 오일/고체상으로의 산소의 이러한 신속한 응축은 오일 입자를 더 신속하게 가열하여, 주위 증기화되고 초가열된 메탄올의 점화를 초래할 것이다. 이러한 역할에 이상적으로 적합한 오일이, 연료 혼합물에서 대략 1-5%의 농도의 아마씨(linseed) 오일이다. 이 첨가제가 연료 조성에 활용되면, 연료 혼합물은, 산소에 의한 오일의 분해를 최소화하기 위해 불활성 가스 블랭킷(blanket) 밑에 저장되어야 한다. 아마씨 오일은 지방산 함유 오일이다. 다른 지방산 함유 오일이 아마씨 대신에 또는 이것에 추가하여 사용될 수 있다. 바람직한 오일은, 메탄올 상에서 용해되거나, 메탄올에 혼합될 수 있어, 균일한 단일 상 조성을 생성하는 오일이다. 그러나 일부 실시예에서, 특히 유화 첨가제가 또한 연료 조성에서 존재한다면, 물/메탄올에 혼합될 수 없는 오일이 사용될 수 있다.4. Oxygen absorbing oil. The coral absorbing oil is preferably one that can be dissolved in a water methanol mixture. Oxygen absorbing oils have a low self-ignition point and also have the ability to absorb oxygen directly before combustion, for example in an amount of 30% by weight of oil. This rapid condensation of oxygen from the hot gas phase to the oil / solid phase after vaporization of the ambient water will heat the oil particles more quickly, resulting in ignition of the ambient vaporized superheated methanol. Ideally suitable oils for this role are linseed oils at a concentration of approximately 1-5% in the fuel mixture. If this additive is utilized in the fuel composition, the fuel mixture should be stored under an inert gas blanket to minimize the decomposition of the oil by oxygen. Flaxseed oil is a fatty acid containing oil. Other fatty acid containing oils may be used instead of or in addition to flaxseed. Preferred oils are oils which can be dissolved in methanol or mixed into methanol, producing a homogeneous single phase composition. However, in some embodiments, oils that cannot be mixed in water / methanol can be used, especially if emulsifying additives are also present in the fuel composition.

5. 윤활 첨가제. 윤활 첨가제의 예는, 연료 조성의 원료가 되는 물/메탄올 혼합물에 일정 정도 용해될 수 있는 바이오 연료와 같은 다이에탄놀아민 유도체, 불소계면활성제(fluorosurfactant) 및 지방산 에스테르를 포함한다.5. Lubricating additives. Examples of lubricating additives include diethanolamine derivatives, fluorosurfactants and fatty acid esters, such as biofuels, which can be dissolved to some extent in the water / methanol mixture that is the source of the fuel composition.

6. 제품 착색 첨가제. 착색 첨가제는, 연료 조성이 물과 같은 액체 음료로서 오용될 수 없음을 보장하는데 도움을 준다. 황색, 적색, 청색 착색제나 이들 착색제의 조합과 같은 어떤 물에 용해될 수 있는 착색제가 사용될 수 있다. 착색제는 표준의 용인된 산업 액체 착색제일 수 있다.6. Product coloring additives. Coloring additives help to ensure that the fuel composition cannot be misused as a liquid beverage such as water. Colorants that can be dissolved in any water may be used, such as yellow, red, blue colorants, or combinations of these colorants. The colorant may be a standard accepted industrial liquid colorant.

7. 불꽃색 첨가제. 비제한적인 예는 나트륨, 리튬, 칼슘 또는 스트론튬의 탄산염이나 아세트산염을 포함한다. 불꽃색 첨가제는 최종 산물 pH에서 바람직한 산물 색과 안정성을 달성하도록 선택될 수 있다. 사용될 첨가제를 선택할 경우, 엔진 퇴적물 고려사항도, 있는 경우, 고려될 수 있다.7. Flame color additives. Non-limiting examples include carbonates or acetates of sodium, lithium, calcium or strontium. Flame color additives may be selected to achieve the desired product color and stability at the final product pH. When selecting the additive to be used, engine deposit considerations may also be considered, if any.

8. 부식 방지 첨가제. 부식 방지 첨가제의 비제한적인 예는 아민 및 암모늄 유도체를 포함한다.8. Anti-corrosion additives. Non-limiting examples of corrosion protection additives include amine and ammonium derivatives.

9. 바이오사이드(biocide). 바이오사이드가 첨가될 수 있지만, 이들은 일반적으로 필요치 않으며, 그 이유는 연료 중의 고 알코올(메탄올) 함량은 생물학적 성장이나 생물학적 오염을 방지하기 때문이다. 따라서 일부 실시예에 따라, 연료는 바이오사이드가 없다.9. biocide. Biosides may be added, but they are generally not necessary because the high alcohol (methanol) content in the fuel prevents biological growth or biological contamination. Thus, in some embodiments, the fuel is free of biosides.

10. 어는점 억제제(depressant). 어는점 억제제가 연료에 포함될 수 있지만, 메탄올( 및 다른 용도로 첨가된 당과 같은 선택적 첨가제)은 물의 어는점을 억제한다. 따라서 일부 실시예에 따라, 연료는 첨가되는 전용 어는점 억제제가 없다.10. Freezing point depressant. While freezing point inhibitors may be included in the fuel, methanol (and optional additives such as sugars added for other uses) inhibits the freezing point of water. Thus, according to some embodiments, the fuel is free of dedicated freezing point inhibitors added.

11. 퇴적물 환원제(deposit reductant). 비제한적인 예는 폴리에테르 및 트리에탄올아민을 포함한다.11. Deposit reductant. Non-limiting examples include polyethers and triethanolamines.

12. 필요한 경우 변성제(denaturant).12. Denaturant, if necessary.

13. pH 조정제. pH를 적절한 pH로 높이거나 낮추는 조정제가 사용될 수 있으며, 이것은 연료와 호환 가능하다.13. pH adjusters. Modulators that raise or lower the pH to an appropriate pH may be used, which is compatible with the fuel.

첨가제, 및 특히 상기 항목 1 및 2에서 식별된 첨가제는 표준 산업 거래 제품으로서(즉, 정제된 형태로)나 반쯤 처리된 수용액으로서(즉, 비-정련된 형태, 반-정련된 형태, 또는 크루드 형태로) 연료에 첨가될 수 있다. 후자의 옵션은 잠재적으로 첨가제 비용을 감소시킨다. 그러한 크루드 첨가제 소스의 사용의 조건은, 일 예로서 크루드 당액(sugar solution)이나 당 시럽과 같은 첨가제의 크루드 형태의 불순물이 연료 인젝터나 엔진 성능에 악영항을 끼치지 않는다는 것이다.The additives, and in particular the additives identified in items 1 and 2 above, may be as standard industrial trade products (ie in purified form) or as semi-treated aqueous solutions (ie in non-refined form, semi-refined form, or cru Can be added to the fuel). The latter option potentially reduces the additive cost. The condition of the use of such a crude additive source is that the crude form impurities of the additive, such as crude sugar solution or sugar syrup, for example, do not adversely affect fuel injector or engine performance.

일부 실시예에 따라, 연료는 적어도 하나의 첨가제를 포함한다. 일부 실시예에 따라, 연료는 적어도 두 개의 다른 첨가제를 포함한다.According to some embodiments, the fuel comprises at least one additive. According to some embodiments, the fuel comprises at least two different additives.

일부 실시예의 연료는 연료 조성 중 20중량% 내지 80중량%의 물과, 최대 20중량%의 디메틸 에테르를 포함할 수 있다. 일부 실시예의 디메틸 에테르 함량은 15%이하, 10%이하, 5%이하일 수 있다.The fuel of some embodiments may include 20% to 80% by weight of water in the fuel composition and up to 20% by weight of dimethyl ether. The dimethyl ether content of some examples can be up to 15%, up to 10%, up to 5%.

에테르는 점화 개선제 및 용해 가능한 연료 증량제 첨가제의 예인 것으로서 상기에서 언급되어 있다. 의도한 기능에 상관없이, 일부 실시예에서, 에테르는 연료 조성 중 20%미만, 15%미만, 10%미만, 5%미만, 3%미만, 또는 1%미만의 레벨로 총 존재할 수 있다. 이 양은 0.2%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 12%를 초과할 수 있다. 하한이 선택된 상한 미만이라면, 하한 및 하한은 제한 없이 결합될 수 있다. Ethers are mentioned above as examples of ignition improvers and soluble fuel extender additives. Regardless of the intended function, in some embodiments, ethers may be present in total at levels of less than 20%, less than 15%, less than 10%, less than 5%, less than 3%, or less than 1% in the fuel composition. This amount may exceed 0.2%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 12%. If the lower limit is less than the selected upper limit, the lower limit and the lower limit can be combined without limitation.

일부 실시예에서, 연료 조성은 주된 연료 조성의 0.2중량%와 10중량% 사이의 양으로 에테르를 포함한다. 에테르는 바람직하게는 단일 에테르나 두 에테르의 조합이다.In some embodiments, the fuel composition comprises ether in an amount between 0.2% and 10% by weight of the main fuel composition. The ether is preferably a single ether or a combination of two ethers.

메탄올-원료 연료에서, 점화 개선제 및/또는 용해 가능한 연료 증량제 중 어느 하나로서 에테르를 사용함으로써, 생산을 위한 완성된 공정, 연료 조성의 운반 및 사용이 개발되었다. 메탄올-원료 연료는 이 예에서 물이 없는 연료이거나 메탄올-물 연료일 수 있다. 이것은 더 상세하게 후술될 것이다.In methanol-raw fuels, by using ether as either an ignition improver and / or a soluble fuel extender, a completed process for production, transport and use of fuel composition has been developed. The methanol-raw fuel may in this example be a water free fuel or a methanol-water fuel. This will be described later in more detail.

일부 실시예의 연료에서의 첨가제는 연료의In some embodiments the additive in the fuel may be

- 최대 1중량%에서의 산물 착색 첨가제, 및Product coloring additives at up to 1% by weight, and

- 최대 1중량%에서의 불꽃색 첨가제를 포함할 수 있다.It can contain a flame color additive at up to 1% by weight.

유입 공기 예열 Inlet air preheat 실시예에Example 대한 엔진 동작 상세한 설명 Detailed description of engine operation

도 1은 CI 엔진(10)에서 메탄올/물 혼합물의 연료(11)를 사용하는 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도를 예시한다. 이 방법은 흡입 공기 스트림(12)을 예열하는 단계와, 그 후 연료(11)를 연소실 내에 도입하여 압축 점화에 의해 연료/예열된 공기 혼합물을 점화하여 엔진을 구동하기 전 예열된 공기를 엔진(10)의 연소실 내에 도입하는 단계를 포함한다.1 illustrates a flow diagram that schematically illustrates a method of using a fuel 11 of a methanol / water mixture in a CI engine 10. The method includes preheating the intake air stream 12 and then introducing fuel 11 into the combustion chamber to ignite the fuel / preheated air mixture by compression ignition to drive the engine to preheated air. Introducing into the combustion chamber of 10).

흡입 공기(12)는, 다양한 기술에 의해 예열될 수 있고, 연료를 연소실 내에 주입하기 전 공기를 압축하기 위해, 엔진의 압축 스트로크의 초기 단계 이전 또는 동안 연소실 내에 주입된다. 공기 압축은 연소실의 온도를 상승시켜, 연료가 압축의 마지막 단계 동안 연소실 내에 분사될 때 연료의 유리한 점화 조건을 제공한다.Intake air 12 may be preheated by a variety of techniques and injected into the combustion chamber before or during the initial stage of the compression stroke of the engine to compress the air prior to injecting fuel into the combustion chamber. Air compression raises the temperature of the combustion chamber, providing favorable ignition conditions of the fuel when fuel is injected into the combustion chamber during the last stage of compression.

흡입 공기(12)를 예열하면, 압축 스트로크의 시작에서 더 높은 온도 베이스를 제공하여, 연료 주입 시점에서의 온도는 결국, 공기가 예열되지 않았던 경우보다 더 높게 되어 더 많이 연소한다. 필요한 예열의 레벨은, 물/메탄올 연료 혼합물을 점화하는데 필요한 연료 주입 시점에서의 연소실의 필요한 온도에 의존한다. 이것은, 이제, 연료에서 물과 메탄올의 상대비에 의존한다.Preheating the intake air 12 provides a higher temperature base at the start of the compression stroke, so that the temperature at the time of fuel injection eventually becomes higher than if the air was not preheated and burned more. The level of preheating required depends on the required temperature of the combustion chamber at the point of fuel injection required to ignite the water / methanol fuel mixture. This, now, depends on the relative ratio of water and methanol in the fuel.

예열된 공기 온도 레벨의 예를 다음의 예에서 도시하지만, 일반적으로, 낮은 내지 중간 물 레벨의 연료의 경우, 적절히 예열된 흡입 공기 온도는 대략 100℃ 내지 150℃(예컨대 대략 130℃)와 같이 적어도 50℃, 또는 적어도 100℃이다. 중간 내지 높은 물 레벨의 연료의 경우, 예열 온도는 150℃ 내지 300℃ 또는 그 이상과 같은 적어도 대략 150℃의 범위이다.Examples of preheated air temperature levels are shown in the following examples, but in general, for fuels of low to medium water levels, a properly preheated intake air temperature is at least such as approximately 100 ° C. to 150 ° C. (eg approximately 130 ° C.). 50 degreeC, or at least 100 degreeC. For fuels of medium to high water level, the preheating temperature is in the range of at least approximately 150 ° C., such as 150 ° C. to 300 ° C. or more.

흡입 공기의 예열은 메탄올/물 연료, 특히 중간 내지 높은 물 레벨을 갖는 연료의 열악한 세탄 특징을 상쇄한다. 예열은 여러 수단에 의해 달성할 수 있다.Preheating of the intake air offsets the poor cetane character of methanol / water fuels, especially those with medium to high water levels. Preheating can be accomplished by several means.

도 1에 도시한 실시예에서, 흡입 공기(12)는, 연소된 가스 및 연소되지 않은 연료 그리고 다른 입자를 포함하는 고온의 배기물(22)을 포획하고, 배기물을, 열 교환기에 들어가는 공기 스팀(15)을 가열하고 배기물(22)을 냉각하는 열 교환기(20)를 통과시킴으로써 예열된다. 흡입 공기(12)가 있는 팬 인라인(inline)은 엔진 사이클을 통해 흡입 공기의 압력 프로파일을 최적화하기 위해 제공될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 1, the intake air 12 captures a hot exhaust 22 comprising burned gas and unburned fuel and other particles, and directs the exhaust to the heat exchanger. It is preheated by passing through a heat exchanger 20 which heats the steam 15 and cools the exhaust 22. Fan inline with intake air 12 may be provided to optimize the pressure profile of the intake air throughout the engine cycle.

예열을 위한 기술은 다음의 가열 방법 중 어떤 하나나 이들의 조합을 포함한다.Techniques for preheating include any one or combination of the following heating methods.

1. 폐기물 열 프리 -히터( pre - heater )- 도 1의 실시예와 관련하여 앞서 논의한 바와 같은 열 교환기를 사용함. 1. The waste heat pre-heater (pre-heater) - in relation to the embodiment of Figure 1 uses a heat exchanger as previously discussed.

2. 공기 흡기 훈증- 공기 흡기 스팀을 점화 향상제로 훈증하여 연소실의 온도 증가를 독려함-더 상세하게 후술됨. 2. Air intake fumigation - fumigation of the air intake steam with an ignition enhancer to encourage an increase in the temperature of the combustion chamber-described in more detail below.

3. 수퍼챠저 / 블로우어 ( supercharger / blower )-또는 엔진에 의해 구동되어 흡입 공기의 연소실로의 인도를 강제하고, 공기압 증가를 통해 흡입 공기를 가열하는 다른 공기 압축 수단.3. Super Charger / blower (supercharger / blower) - or is driven by the engine to force the guidance of the intake air into the combustion chamber and the other air compressing means to heat the air sucked through the air pressure increases.

4. 터보차져 - 또는 연소실내로의 흡입 공기의 강제 유도를 위해 엔진 배기나 다른 폐열에 의해 구동되는 다른 공기 압축 메커니즘, 그리고 공기압의 증대를 통해 흡입 공기를 가열함.4. Turbocharger-or other air compression mechanism driven by engine exhaust or other waste heat for forced induction of intake air into the combustion chamber, and heating intake air through increased air pressure.

5. 직접 가열 - 요구되는 온도 증가를 발생시키기 위해 연료의 연소 또는 엘리먼트(element)를 통해 전기적으로 가열하는 것과 같이, 공기를 가열하기 위해 직접적인 방법들을 이용함, 그러한 방법들은 시동 동안에 그리고 낮은 엔진 부하에서 유용할 수 있다.5. Direct heating-using direct methods to heat air, such as heating the fuel or electrically through an element to produce the required temperature increase, such methods during start-up and at low engine loads. Can be useful.

6. 글로우플러그(Glowplug)(또는 소구(hot bulb)) - 엔진 실린더로 열을 지향시킴, 이러한 범주는 흡입 공기를 직접적으로 가열하기 위해 흡입 공기와 합치하는 외부 가열기를 포함함.6. Glowplug (or hot bulb)-directs heat to the engine cylinder, this category includes an external heater that matches the intake air to heat the intake air directly.

폐열을 엔진 배기로부터 열 교환기(팬 없이, 상기한 옵션 1)를 통해 전달하는 것은, (공기의 질량류(mass flow)가 감소되지 않는 옵션 3 내지 4에 비해서) 공기의 더 낮은 질량류에 기인하여 엔진으로부터 더 낮은 출력을 초래할 것이다. 하지만, 이러한 최대 출력의 손실은 디젤 연료에 기초하는 석유에 비해서 과잉 공기의 더 낮은 요구와 연료 주입의 시점에서의 더 뜨거운 조건하의 연소에서의 더 높은 효율에 의해 부분적으로 오프셋될 수 있다. 배기 또는 그 외의 것에 의해 구동되는 압력 보상 팬은 증가되는 기온의 조건하에서 공기의 감소된 질량류를 오프셋시킬 수 있다.The transfer of waste heat from the engine exhaust through a heat exchanger (without fan, option 1 above) is due to the lower mass flow of air (relative to options 3 to 4 where the mass flow of air is not reduced). Will result in lower power from the engine. However, this maximum power loss can be partially offset by the lower demand for excess air and higher efficiency in combustion under hotter conditions at the time of fuel injection compared to petroleum based diesel fuels. A pressure compensating fan driven by exhaust or the like can offset the reduced mass flow of air under conditions of increasing temperature.

대안적으로, 터보차져 또는 슈퍼 차져는 더 높은 연소 효율과 함께 더 많은 출력을 도출하기 위해 엔진 배기 열 교환기와의 조합으로 또는 단독으로 사용될 수 있다Alternatively, a turbocharger or supercharger can be used alone or in combination with an engine exhaust heat exchanger to derive more power with higher combustion efficiency.

다른 실시예에 있어서, 주지의 기술에 따른 연료의 가열은 점화 프로세스를 조력할 수 있다.In another embodiment, heating the fuel in accordance with known techniques may assist the ignition process.

고수/저 메탄올 연료(high water/low methanol fuel)에 대한 매체와 조합한 예열 옵션은, 엔진 사이클을 시동 및 연소와 초기 팽창 국면 동안에 “일정한” 용적 사이클인 것으로부터 엔진 성능을 최대화하는데 가장 적절한 시간프레임에 지향적으로 더 많은 일정한 온도 팽창(여기서, 메탄올로부터의 열은 증발수의 상당한 부분이다)으로 변화시킨다.The preheat option in combination with medium for high water / low methanol fuel is the most appropriate time to maximize engine performance from starting the engine cycle and “constant” volume cycle during the combustion and initial expansion phases. More constant temperature expansion directed to the frame, where heat from methanol is a substantial portion of the evaporated water.

도 1에 예시된 프로세스는 배기 물질을 수집하여 연료로 되돌려 통합시키기 위한 배기 처리 및 재순환 성분을 포함한다. 특히, 처리는 물, 불소성 연료(unburnt fuel), 탄화수소, 이산화탄소, 및 다른 소량의 배기물의 복구와 통합을 포함한다. The process illustrated in FIG. 1 includes an exhaust treatment and recycle component for collecting and integrating exhaust material back into the fuel. In particular, the treatment includes the recovery and integration of water, unburnt fuel, hydrocarbons, carbon dioxide, and other small amounts of exhaust.

높은 물 레벨에 대한 매체를 갖지만 더 낮은 물 레벨을 배제하지 않는 연료에 있어서, 수분 풍부 배기(water rich exhaust)가 연료수의 소스일 수 있고, 작은 레벨의 배기 오염 물질이 캡쳐되어 엔진으로 되돌아갈 수 있다. 배기 물질로부터의 물 복구는 배기 물질을 냉각하고 응축하며 응축된 물을 수집하는 것을 수반한다.For fuels that have a medium for high water levels but do not rule out lower water levels, water rich exhaust may be the source of fuel water, and small levels of exhaust pollutants may be captured and returned to the engine. Can be. Water recovery from the exhaust material involves cooling and condensing the exhaust material and collecting the condensed water.

도 1은, 배기 물질(22)이 열 교환기(20)내의 흡입 공기(12)와의 열 교환을 통해 냉각된 후에, 냉각된 배기는 그 다음에, 물이 엔진(10)으로 재순환된 연료(32)로서 수집되어 복귀될 수 있는, 콘덴서(25)를 통과한다.1 shows that after exhaust material 22 is cooled through heat exchange with intake air 12 in heat exchanger 20, the cooled exhaust is then fuel 32 with water recycled to engine 10. Pass through the condenser 25, which can be collected and returned as

처리 프로세스의 최종 국면에서의 제2 열 교환기(34)는 응축을 조력하고, 순수화되었을 수 있고, 연료, 매연 및 다른 미립자내의 다른 탄화수소 또는 임의의 불소성 메탄올을 캡쳐하고 순수화하기 위해 첨가제를 함유할 수 있는 물을 이용하는 분사실 장치(spray chamber arrangement)를 추가적으로 포함한다. 이러한 미립자들은, 재순환된 연료(32)와의 ‘사멸(extinction)로의 재순환’ 프로세스를 통해 제거를 위해 엔진으로 복귀되며, 순수화된 청정한 배기(33)가 오염물질을 거의 함유하지 않고 대기로 방출될 수 있다. 분사실내에서 사용되는 물은 대안적인 소스들의 범위로부터 일 수 있고, 순수화되거나 탈이온화될 수 있다. 물은 선택적인 첨가제를 함유할 수도 있다. 선택적인 첨가제는 연소 프로세스와 일치해야 한다.The second heat exchanger 34 in the final phase of the treatment process assists condensation, may have been purified, and may contain additives to capture and purify other hydrocarbons or any fluorinated methanol in fuel, soot and other particulates. It further includes a spray chamber arrangement utilizing water which may contain. These particulates are returned to the engine for removal through a 'recycle to extinction' process with the recycled fuel 32, and the purified pure exhaust 33 contains little contaminants and is released into the atmosphere. Can be. The water used in the spray chamber may be from a range of alternative sources and may be purified or deionized. Water may contain optional additives. Optional additives should be consistent with the combustion process.

열 교환기(354)는 입구(36)를 통해 염수를 끌어들이고 출구(37)를 통해 염수를 방출하는 도 1에 도시된 바와 같은 염수/물 열교환기일 수도 있다. 그러한 열교환기는, 예컨대, 가용한 바다의 염수가 풍부하고 용이하게 획득할 수 있는 배에 대한 배기의 처리에 있어서 사용하기 적절하다.Heat exchanger 354 may be a brine / water heat exchanger as shown in FIG. 1 that draws brine through inlet 36 and releases brine through outlet 37. Such heat exchangers are suitable for use, for example, in the treatment of exhaust for ships that are rich in salt water available and readily obtainable.

응축액 또는 다른 수단을 활용하는 추가적인 배기 처리가 또한, 대기로 배기되는 가스에 있어서 목표로 하는 오염물질을 낮은 레벨로 감소시키기 위해 취해질 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 임의의 불소성 연료와 같은 성분들이 활성 표면상으로 흡착되고 나중에 표준 기술을 이용하여 탈착(desorb)될 수 있다. 대안적으로, 촉매가, 불소성 연료와 같은 임의의 산화가능 종(oxidisable species)을 촉매 반응시키는데, 배기 온도를 증가시키는데 그리고 활용될 수 있는 추가적인 열원을 제공하는데 채용될 수 있다.Further exhaust treatment utilizing condensate or other means can also be taken to reduce the target pollutants to low levels in the gas exhausted to the atmosphere. In another embodiment, components such as any fluorine fuel can be adsorbed onto the active surface and later desorbed using standard techniques. Alternatively, a catalyst can be employed to catalyze any oxidisable species, such as fluorine fuels, to increase the exhaust temperature and to provide additional heat sources that can be utilized.

추가적으로, 예컨대 전기를 생성하기 위해 다수의 엔진들이 작동하는 경우에, 집단의 배기 가스가 그러한 하나 이상의 엔진들에 지향되는 배기로부터 재순환 연료와 처리/응축될 단일 스트림으로서 처리될 수 있다.In addition, in the case of multiple engines operating to generate electricity, for example, the collective exhaust gases can be treated as a single stream to be treated / condensed with recycled fuel from exhaust directed to such one or more engines.

블로우다운(blowdown)(38)이, 엔진으로 되돌아가는 물 재순환의 경우에 있어서, 존재할 수 있는 임의의 영속 종(persistent species)이 축적되지 않는 것을 보장하는데 필요할 수 있다. 그 경우에 있어서, 가용하다면 배기로부터 추가적인 응축에 의해, 가용하지 않다면 적절한 양의 메이크-업(make-up) 물(39)에 의해 이루어질 수 있다. 적절한 공급 스트림과 첨가제의 선택을 통해서 블로우다운이 거의 제거될 수 있지만, 이따금 퍼지(purge)를 요구할 수 있는 예컨대, 공기중의 먼지를 통해 시스템내로 고체가 들어갈 수도 있다는 것이 의도된다.Blowdown 38 may be necessary to ensure that no persistent species that may be present in the case of water recycle back to the engine does not accumulate. In that case, it can be done by additional condensation from the exhaust if available and by an appropriate amount of make-up water 39 if not available. Blowdown can be almost eliminated through the selection of the appropriate feed streams and additives, but it is intended that solids may enter the system, eg through dust in the air, which may occasionally require purge.

높은 물 레벨에 대한 매체와 연료를 이용하는 장점은, 결과적인 배기가 연소 처리 후에 대해 이상적인, 거의 불순물을 함유하지 않는 것이다. 배기 물질에 존재하는 불순물이 사멸로 처리 및 재순환될 수 있다.The advantage of using a medium and fuel for high water levels is that the resulting exhaust contains little impurities, ideal for after combustion treatment. Impurities present in the exhaust material can be treated and recycled to death.

예를 들면, 물/메탄올 연료의 연소의 배기 생성물로서의 이산화탄소는 응축 및 순수화 단계 동안에 재순환되는 물에 흡수된다. 대안적으로, 배기 물질내의 이산화탄소는 엔진의 흡입 공기로 재순환되어서, 엔진으로 들어가는 산소 레벨을 최적화하고, 순수한 이산화탄소와 물 증발 배기를 생성할 수 있다. 이러한 방식으로 생성되는 이산화산소는, 예컨대, 메탄올로의 변환 및 연료로의 재순환에 의해, 추가적인 처리를 위해 이상적이다.For example, carbon dioxide as the exhaust product of the combustion of water / methanol fuel is absorbed in the recycled water during the condensation and purification steps. Alternatively, carbon dioxide in the exhaust material can be recycled to the intake air of the engine, optimizing the oxygen level entering the engine and producing pure carbon dioxide and water evaporative exhaust. Oxygen dioxide produced in this way is ideal for further processing, for example by conversion to methanol and recycling to fuel.

대기로 배기되는 처리 및 재순환 처리로부터의 최종적인 배기 가스(33)는, 연료, 탄화수소, 미립자, 산화황 및 산화질소 방출물을 거의 함유하지 않는다.The final exhaust gas 33 from the exhaust and recycle treatments to the atmosphere contains little fuel, hydrocarbons, particulates, sulfur oxides and nitrogen oxide emissions.

연소 국면에서 형성된 임의의 산화질소 및 산화황 방출물 및/또는 이산화탄소의 물내의 흡수는 연료와의 혼합으로 복귀하는 물의 pH 불균형을 초래할 수 있다.
Absorption of any nitric oxide and sulfur oxide emissions and / or carbon dioxide into the water formed in the combustion phase can lead to pH imbalances in the water that return to mixing with the fuel.

훈증 fumigation 실시예에Example 대한 엔진 동작 세부 For engine operation details

여기서 설명되는 몇몇의 실시예들에 있어서, 점화 증강제(ignition enhancer)를 포함하여 인입 공기를 훈증제와 훈증하는 것이 활용된다. 몇몇 실시예들에 있어서, 이것은 인입 공기 예열과 결합되고, 다른 실시예들에 있어서, 이것은 인입 공기 예열없이 행해진다.In some embodiments described herein, fumigation of the incoming air with a fumigation agent, including an ignition enhancer, is utilized. In some embodiments this is combined with inlet air preheating and in other embodiments this is done without inlet air preheating.

인입 공기를 훈증제와 훈증하는 것의 옵션은 몇몇의 실시예에 따라 엔진 공기를 예열하는 추가적인 기술로서 사용될 수 있는 점화 증강제를 포함한다. 훈증은, 훈증 물질의 사전-연소로 인해 연료 주입의 시점에서 더욱 더 연소될 수 있게 만드는 연소실내의 압축되는 공기의 온도에 있어서 추가적인 증가, 및 메탄올의 연소의 개시를 돕는 브레이크다운 종(breakdown species)의 존재를 고무시킨다.The option of fumging incoming air with a fumigation agent includes an ignition enhancer that can be used as an additional technique to preheat the engine air, in accordance with some embodiments. Fumigation is an additional increase in the temperature of the compressed air in the combustion chamber that makes it possible to combust even more at the point of fuel injection due to pre-combustion of the fumigation material, and a breakdown species that aids initiation of the combustion of methanol. Inspires the presence of

훈증은 연료 주입 전에 엔진 연소실내에서 사전-연소가 발생하는 것을 가능케한다. 이러한 2단계의 점화 프로세스, 또는 ‘불을 붙이는(kindled)’ 동작은, 훈증된 공기의 온도를 점화점으로 상승시키도록 엔진 피스톤의 압축 행정에 좌우된다. 결국, 이것은, 압축 행정의 끝쪽으로 주입될 때, 메탄올과 물 연료에 대해 충분히 뜨거운 환경을 제공하도록 연소실내에서의 점화 조건을 증강시켜서, 증가되는 온도 조건하에서 가속화된 점화를 겪게 하고, 메탄올을 신속히 기화시키고 연료내의 물을 신속히 증발시키며, 높은 열효율을 만든다.Fumigation allows for pre-combustion to occur in the engine combustion chamber prior to fuel injection. This two stage ignition process, or 'kindled' operation, depends on the compression stroke of the engine piston to raise the temperature of the fumerated air to the ignition point. This, in turn, enhances the ignition conditions in the combustion chamber to provide a sufficiently hot environment for methanol and water fuels when injected towards the end of the compression stroke, resulting in accelerated ignition under increased temperature conditions and rapidly It vaporizes and evaporates the water in the fuel quickly, creating a high thermal efficiency.

낮은 물 레벨에서 안정적인 엔진 동작을 위한 훈증제에 의한 온도 분담은 50 내지 100℃이다. 낮은 물 레벨 연료에 대한 연료 주입의 시점에, 이러한 분담은 주지의 연소 점화 엔진에서의 온도에 필적하는 연소실 온도를 초래한다. 물 레벨이 연료내에서 증가함에 따라, 물의 냉각 효과를 오프셋시키도록 훈증제의 양이 조정될 수 있다. 결과적인 열효율은, 엔진의 사이즈와 그 구성 등의 다양한 인자들에 좌우되는 네트(net) 효율 결과와 더불어, 디젤 연료의 열효율에 필적한다.The temperature sharing by the fumigant for stable engine operation at low water levels is between 50 and 100 ° C. At the point of fuel injection for low water level fuel, this contribution results in combustion chamber temperatures comparable to those in known combustion ignition engines. As the water level increases in the fuel, the amount of fumigant can be adjusted to offset the cooling effect of the water. The resulting thermal efficiency is comparable to that of diesel fuel, with net efficiency results that depend on various factors such as the size of the engine and its configuration.

이러한 방식의 물 연료와 메탄올의 완전한 연소 및 효율은, 배기 방출물내의 불소성의 또는 변형된 탄화수소 및 미립자들을 최소화하여 “더 청정한” 방출물을 초래한다. 이것은, 불붙이는 동작에 있어서의 2 단계의 개시 및 완료에 대해 충분한 시간이 허용되기 때문에, 연소 프로세스의 효율이 최대화되는, 더 느린 스피드를 가진 더 큰 CI 엔진에 있어서 특히 입증된다.The complete combustion and efficiency of water fuel and methanol in this manner minimizes the fluorinated or modified hydrocarbons and particulates in the exhaust emissions resulting in a "cleaner" emissions. This is especially demonstrated for larger CI engines with slower speeds, where sufficient time is allowed for initiation and completion of the two stages in the ignition operation, in which the efficiency of the combustion process is maximized.

흡입 공기에 관해서 “훈증”이라는 용어는 물질 또는 혼합물의 도입을 말하며, 본 경우에 있어서, 훈증제는, 점화 증강제가 그곳을 통해 잘 분산되는, 증기 또는 가스를 형성하기 위한 흡입 공기 스트림내의 점화 증강제를 포함한다. 몇몇의 실시예들에 있어서, 물질은, 일반적으로 물질의 미세한 비말을 흡입 공기 스트림내로 분무하는 것을 통해 소량으로 도입되거나, 가스로서 주입된다.The term “fumigation” with respect to intake air refers to the introduction of a substance or mixture, in which case the fumigation agent refers to an ignition enhancer in the intake air stream for forming vapors or gases, through which the ignition enhancer is well dispersed. Include. In some embodiments, the material is generally introduced in a small amount or injected as a gas through spraying fine droplets of the material into the intake air stream.

불붙이는 동작은 압축 행정 동안에 흡입 공기를 예열하는 효과를 갖는다.The ignition operation has the effect of preheating the intake air during the compression stroke.

물 메탄올 혼합물의 성질은 덜 민감한 열이 연소후의 반응 생성물 내에 생성된다는 것이고, 물을 증발시키는 데 필요한 열이 존재한다. 이것은, 탄화수소 연료에 대해 작용하는 디젤 엔진에 비해서, 더욱 가혹한 엔진 조건이, 엔진의 설계 한계 내를 유지하면서, 주입 시점에 수용될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 더욱 가혹한 조건들은, 훈증제 연소 또는 (공기를 직접 가열하는 것을 통해) 증가된 기온 및/또는 터보챠징 또는 슈퍼챠징과 같은 변형된 엔진 구성의 이용을 통해 증가되는 압력과 온도를 통해 발생한다.The nature of the water methanol mixture is that less sensitive heat is produced in the reaction product after combustion, and there is heat necessary to evaporate the water. This means that, compared to diesel engines operating on hydrocarbon fuels, more severe engine conditions can be accommodated at the time of injection, while keeping within the design limits of the engine. These more severe conditions arise through increased pressure and temperature through fume combustion or increased temperature (via direct air heating) and / or the use of modified engine configurations such as turbocharging or supercharging.

점화 증강제(들)의 양은, 연료의 점화가 시기적절한 방식으로 달성되고, 그에 의해 엔진으로부터 최적의 가능성 있는 열효율을 주는, 연소실내의 조건들을 생성하기 위해, 연료에 함유되는 메탄올 대 물의 혼합물에 관하여 제어될 수 있다. 점화 증강제 대 연료 혼합물의 비율이 제어되지 않는 경우에, 연소가, TDC 전의 25~30℃와 같이, TDC 전에 상당히 개시될 수 있고, 그와 같이 점화 증강제의 이용이 중립 효과를 가질 수 있고 엔진의 열효율에 대한 분담을 최소화하거나 분담을 주지 않는다.The amount of ignition enhancer (s) is related to the mixture of methanol to water contained in the fuel in order to create conditions in the combustion chamber where ignition of the fuel is achieved in a timely manner, thereby giving the optimum possible thermal efficiency from the engine. Can be controlled. If the ratio of ignition enhancer to fuel mixture is not controlled, combustion can be initiated significantly before the TDC, such as 25-30 ° C. before the TDC, and as such the use of the ignition enhancer can have a neutral effect and Minimize or do not share the burden of thermal efficiency.

엔진의 바람직한 동작에 있어서, 훈증제/공기 혼합물의 점화의 타이밍은, (엔진의 파워 행정에 대하여 불필요한 작업을 회피하기 위해) 가능한 늦게 이러한 연료의 연소를 지연시키도록 하는 것이고, 주입 후의 연료의 양호한 연소와 일치되게 하는 것이다. 이것은, 2차 연료로서 말해질 수도 있는 훈증제가 연료 주입 개시 전에 점화되어야 하지만, 훈증제에 포함된 에너지가 엔진의 열효율에 최소의 또는 영의 분담을 만들 정도로 전은 아니다.In the preferred operation of the engine, the timing of ignition of the fumigant / air mixture is to delay the combustion of such fuel as late as possible (to avoid unnecessary work on the power stroke of the engine) and to achieve good combustion of the fuel after injection. To match. This is not so far that the fumigant, which may be referred to as the secondary fuel, has to be ignited before fuel injection commences, but the energy contained in the fumigant makes a minimal or zero contribution to the engine's thermal efficiency.

연료의 점화는, 하기의 점화 제어들 중 하나 또는 그 조합을 이용하는 것에 의해 이상적인 타이밍으로 가능한 가깝게 제어될 점화 제어에 의해 제어될 수 있다:Ignition of the fuel may be controlled by the ignition control to be controlled as close as possible at the ideal timing by using one or a combination of the following ignition controls:

a) 엔진 입구 기온 제어:a) Engine Inlet Temperature Control:

a. a.

i. 엔진을 시동 및 웜업(warmup)하기 위해 유용한, 전력이 공급된 가열 장치.i. A powered heating device useful for starting and warming up the engine.

ii. 엔진 연료 또는 그러한 목적을 위해 임의의 적절한 연료일 수 있는 연료를 활용하는 가열기.ii. A heater utilizing fuel that can be an engine fuel or any suitable fuel for that purpose.

iii. 열 교환을 통해 엔진으로의 유입 공기를 직접적으로 가열하도록 배기로부터 폐열을 활용하는 것.iii. Utilizing waste heat from the exhaust to directly heat the incoming air to the engine via heat exchange.

iv. 상기 목적을 위해 적절한 임의의 다른 열원을 활용하는 것.iv. Utilizing any other heat source suitable for this purpose.

으로부터 열을 활용하는 공기 예열기의 출구 온도를 제어하는 것.Controlling the outlet temperature of the air preheater utilizing heat from the air.

b. 엔진 입구 기온을 감소시키는 인터쿨러(intercooler)를 갖지 않을 수 있는 터보차져에 동력을 주도록 엔진 배기 에너지를 활용하는 것.b. Using engine exhaust energy to power a turbocharger that may not have an intercooler that reduces engine inlet temperature.

c. 온도와 압력을 증가시키도록 슈퍼차져로 공기를 가열.c. Heat air with supercharger to increase temperature and pressure.

b) 연료의 2-스텝 “불붙이는” 연소를 생성하도록 훈증제를 활용하는 것.b) utilizing fumigant to produce a two-step “flaming” combustion of the fuel.

1. 연료에 대해 흡기구내로 도입되는 훈증제의 양을 제어;1. Controlling the amount of fumigant introduced into the intake port for fuel;

2. (메탄올과 같은 임의의 성분들과 물이 또한 존재할 수도 있다는 것을 인식하여) 훈증제내의 다른 성분들에 점화 증강제의 퍼센테이지를 제어하는 것.2. Controlling the percentage of the ignition enhancer on other components in the fumigant (recognizing that optional ingredients such as methanol and water may also be present).

3. 엔진의 rpm 작동 범위를 가로지르는 고부하(50% 내지 100%) 또는 저부하(50% 미만)에서의 엔진 동작에 따른, 상기 제어 1 및 2.3. Controls 1 and 2. according to engine operation at high loads (50% to 100%) or low loads (less than 50%) across the engine's rpm operating range.

(흡기구를 통해서든 연소실내로든) 엔진내로 도입되는 훈증제 대 주 연료의 상대량이 적용되는 엔진 동작 조건에 따라 변화할지라도, 상대적으로 낮은 주 연료 성분의 무게 백분율이 될, 중간 또는 높은 부하에서 안정 상태 동작 동안에 훈증제내의 점화 증강제의 양이 소망된다. 100% 점화 증강제(DME와 같은)를 포함하는 증강제에 있어서, 주 연료에 대한 증강제의 상대량이 무게로, 이상적으로는 무게로 20%까지, 18%까지, 15%까지, 13%까지, 10%까지, 8%까지, 7%까지, 6%까지, 5%까지이다. 훈증제 레벨은 바람직하게, 주 연료 성분의 무게로 적어도 0.2%, 적어도 0.5%, 적어도 1% 또는 적어도 2%이다. 이러한 숫자들은 훈증제가 100% 점화 증강제를 포함한다고 가정하여 무게에 기초하며, 증강제내에 무게로서 감소된 점화 증강제 함유량에 대해 비례적으로 조정될 수 있다. 이것들은 초당 그램으로 엔진내로 도입되는 양들을 참조하는 것에 의해 또는 엔진 사이즈에 대하여 임의의 다른 적절한 대응 측정에 의해 측정될 수 있다. 점화 증강제(각각 10%, 8% 또는 7% 점화 증강제 등)가 압축 점화 엔진 위치로 배달될 수 있음에 따라, 요구되는 에테르의 양까지를 함유하는 사전-연료 성분으로서, 약 10%이하(8% 또는 7% 등)의 상한이 추가적으로 유리할 수 있고, 점화 증강제가 동일한 목표 레벨에서 훈증제와의 엔진 동작의 필요에 상응하는 양으로 플래시 오프되고(flashed off) 복구된다. 다른 실시예들에 있어서, (예컨대, 에테르등의 점화 증강제의 분리 저장소로부터의 탑-업(top-up)을 통해서) 엔진 위치에서의 더 높은 레벨로의 훈증제 레벨의 탑-업이 있을 수 있다.Steady state at medium or high load, which will be a relatively low weight percentage of the main fuel component, even if the relative amount of fumigant to main fuel introduced into the engine (either through the intake vents or into the combustion chamber) will vary depending on the applicable engine operating conditions. The amount of ignition enhancer in the fumigant is desired during operation. For enhancers comprising 100% ignition enhancers (such as DME), the relative amount of the enhancer relative to the main fuel is, by weight, ideally by weight up to 20%, up to 18%, up to 15%, up to 13%, up to 10% Up to 8%, up to 7%, up to 6%, up to 5%. The fumigant level is preferably at least 0.2%, at least 0.5%, at least 1% or at least 2% by weight of the main fuel component. These numbers are based on weight assuming the fumigant contains 100% ignition enhancer and can be adjusted proportionally to the reduced ignition enhancer content as weight in the enhancer. These can be measured by referring to quantities introduced into the engine in grams per second or by any other suitable corresponding measure for engine size. As ignition enhancers (such as 10%, 8% or 7% ignition enhancers, respectively) can be delivered to a compressed ignition engine location, less than about 10% (8) or less as a pre-fuel component containing up to the required amount of ether % Or 7%, etc.) may be additionally advantageous, and the ignition enhancer is flashed off and restored to an amount corresponding to the need for engine operation with the fumigant at the same target level. In other embodiments, there may be a top-up of the fumigant level to a higher level at the engine location (eg, through top-up from a separate reservoir of ignition enhancer such as ether). .

상기 단락 2에 관하여, 총 훈증제/공기 흐름에서의 점화증강제 이외의 비수 성분의 목표 %는, 잔부가 점화 증강제, 예컨대, (55~57의 세탄을 갖는) DME인, 5~40% 또는 10~40%, 또는 20~40% 또는 30~40% 사이등의, 40% 이하일 수 있다. 특정 엔진 구성 및 다른 점화 증강제의 세탄가에 기초하여 이러한 퍼센테이지에 대한 조정이 이루어질 수도 있다. 모든 퍼센테이지들은 무게에 의한 것이다. 물은 엔진의 원활한 동작과 일치하는 임의의 양으로 존재할 수 있고, 그러한 물은 예컨대, 엔진으로의 대기 입구 흐름의 일부로서 또는 연료로부터 촉매적으로 만들어지는 경우에 훈증제로부터 발생할 수 있다.With respect to paragraph 2 above, the target% of non-aqueous components other than the ignition enhancer in the total fumigant / air flow is 5-40% or 10-, the balance being an ignition enhancer, such as DME (with cetane of 55-57). 40% or less, such as 20-40% or 30-40%. Adjustments to this percentage may be made based on the specific engine configuration and the cetane number of other ignition enhancers. All percentages are by weight. The water may be present in any amount consistent with the smooth operation of the engine, and such water may arise from fumigant, for example, as part of an atmospheric inlet flow to the engine or when made catalytically from fuel.

DME에 대한 (연료의 전용된 부분으로부터 취해지는) 메탄올의 촉매 탈수가 유효한 CI 엔진에 동력을 주기 위한 프로세스에 촉매 반응기가 구비될 수 있다. 생성된 DME가 흡기를 훈증하기 위한 훈증제내에 점화 증강제로서 사용된다. 이 명세서에 기술된 다른 실시예들은, 훈증제의 점화 증강제로서 사용되는 경우에, 디메틸 에테르를 생성하기 위한 다른 기술들을 활용한다. 몇몇의 그러한 실시예들에 있어서, DME는 메탄올 생성의 위치에 생성될 수 있고, 엔진 사이트로 사전-연료 성분의 일부로서 배달된다.Catalytic reactors may be provided in the process for powering a CI engine that is effective for catalytic dehydration of methanol (taken from a dedicated portion of fuel) to the DME. The resulting DME is used as an ignition enhancer in a fumigation agent for fumigation of inspiration. Other embodiments described herein utilize other techniques for producing dimethyl ether when used as an ignition enhancer of a fumigant. In some such embodiments, the DME may be produced at the site of methanol production and delivered as part of the pre-fuel component to the engine site.

상기한 연료 및 프로세스에 대한 일부 조정이, 더 높은 엔진 스피드에서, 예컨대 1000 내지 3000rpm 및 그 이상에서 동작하는 더 작은 CI엔진에서의 효율 및 동작을 최적화하는데 요구될 수 있다. 상기한 임의의 하나 이상의 기술을 이용하여 흡기구의 스트림을 예열하는 것에 더하여, 하기의 동작적 양태들이 더 높은 스피드에서 동작하는 엔진들에 대해서 조합하여 또는 따로따로 이용될 수 있다:Some adjustments to the above fuels and processes may be required to optimize efficiency and operation at smaller engine engines operating at higher engine speeds, such as 1000 to 3000 rpm and above. In addition to preheating the stream of intake vents using any one or more of the techniques described above, the following operational aspects may be used in combination or separately for engines operating at higher speeds:

· 점화 증강제를 포함하는 훈증제로 흡기구를 훈증하는 것.Fumigation of the intake vents with a fumigation agent comprising an ignition enhancer.

· 예컨대, 글로우플러그를 이용하여 연소실을 가열하는 것.Heating the combustion chamber, for example using a glow plug.

· 연료 입구를 예열.Preheat the fuel inlet.

· 연료의 연소 및 점화를 개선하는 훈증제 및/또는 연료에 첨가제를 첨가하는 것. 이러한 첨가제들 중 일부가 앞서 논의되었다.Adding additives to the fumigant and / or fuel to improve combustion and ignition of the fuel. Some of these additives have been discussed above.

· 낮은 물 레벨 내지 중간 물 레벨 범위와 같이, 앞서 논의 된 바와 같은 연료 성분에 있어서 적절한 물 레벨을 선택하는 것.Selecting the appropriate water level for the fuel components as discussed above, such as the low to medium water level range.

· 엔진 구성과 일치하는 적절한 레벨로 훈증제의 물 레벨을 선택하는 것.Selecting the water level of the fumigant to an appropriate level that matches the engine configuration.

이러한 옵션들은, 1000rpm 또는 그 미만과 같이, 더 낮은 엔진 스피드에서 더 큰 CI 엔진을 동작시킬 때 요구되는 경우에 추가적으로 활용될 수 있다.
These options may be further utilized where required when operating larger CI engines at lower engine speeds, such as 1000 rpm or less.

훈증제Fumigation

훈증에 의존하는 실시예들에 있어서 사용하기 위한 훈증제는 점화 증강제를 포함한다. 훈증제는, 메탄올, 물 및 연료의 전후 관계에 있어서 앞서 개괄된 임의의 첨가제 중 하나 이상과 같은, 다른 성분들을 더 포함할 수 있다. 훈증제의 사용의 하기의 설명에 있어서, 이미 설명된 연료는, 압축 점화 엔진에 대해 “주 연료”로서 칭해질 수 있고, 훈증제는 “2차 연료”로서 칭해질 수 있다.Fumigation agents for use in embodiments that rely on fumigation include ignition enhancers. The fumigant may further comprise other components, such as one or more of any of the additives outlined above in the context of methanol, water and fuel. In the following description of the use of a fumigant, the fuel already described may be referred to as a “primary fuel” for a compression ignition engine, and the fumigant may be referred to as a “secondary fuel”.

점화 증강제는 연소성 물질의 점화를 증강시키는 물질이다. 압축 점화 엔진에 대해서 주 연료 합성물에 있어서의 핵심 연료 성분으로서 메탄올의 사용에 대한 도전들 중 하나는 메탄올이 다른 연료들만큼 즉시로 점화하지 않는다는 사실이다. 점화 증강제는, 양호한 점화 특성을 갖고 점화를 생성하는데 사용하는 물질이고, 그 다음에 주 연료 합성물(및 다른 연소성 물질)에 있어서의 메탄올이 연소할 것이다. 잠재적 연료 성분의 점화 특성은 그 성분의 세탄가(또는 대안적으로 세탄 지수)에 의해 설명된다. 세탄가는 주입의 시작과 연소의 시작, 즉, 연료의 점화 사이의 기간인 물질 점화 지연의 치수이다. 적절한 점화 증강제는 40이상의 세탄을 가질 수 있다(55~57의 세탄을 갖는 DME 등). 훈증제내에 존재하는 점화 증강제(들)의 세탄가(들)은, 훈증제내의 다른 성분들에 대한 점화 증강제들의 상대량들, 그리고 또한 주 연료 성분, 부하 및 엔진 스피드에 비교되는 훈증제의 양을 정할 때, 고려되어야 한다. 훈증제의 전반적인 세탄은 각각의 성분의 비례적 분담 및 세탄 특성의 조합에 기반할 것이고, 관계는 반드시 직선적이지는 않다.Ignition enhancers are materials that enhance the ignition of combustible materials. One of the challenges to the use of methanol as a key fuel component in main fuel compounds for compressed ignition engines is the fact that methanol does not ignite as quickly as other fuels. Ignition enhancers are materials that have good ignition properties and are used to generate ignition, and then methanol in the main fuel composite (and other combustible materials) will burn. The ignition characteristics of a potential fuel component are described by the cetane number (or alternatively cetane index) of that component. Cetane number is the dimension of the material ignition delay, which is the period between the start of injection and the start of combustion, ie the ignition of the fuel. Suitable ignition enhancers may have more than 40 cetane (such as DME with cetane of 55-57). The cetane number (s) of the ignition enhancer (s) present in the fumigant determines the relative amounts of the ignition enhancers relative to the other components in the fumigant and also the amount of the fumigant compared to the main fuel component, load and engine speed. Should be considered. The overall cetane of the fumigation will be based on a combination of proportional sharing and cetane properties of each component, and the relationship is not necessarily linear.

훈증제에 포함될 수 있는 점화 증강제들의 몇몇의 한정적인 않은 예들은 다음을 포함한다:Some non-limiting examples of ignition enhancers that may be included in a fumigant include:

- (C1~C6 에테르인) 더 하위의 알킬등의 에테르, 그 중에서도 특히 디메틸 에테르 및 디에틸 에테르,Ethers such as lower alkyl (which are C 1 -C 6 ethers), in particular dimethyl ether and diethyl ether,

- 알킬 질산염,Alkyl nitrates,

- 알킬 과산화물,Alkyl peroxides,

및 그것들의 혼합물.And mixtures thereof.

디메틸 에테르는 훈증제내에 사용하기에 적절한 바람직함 높은 점화 특성 점화 증강제이다. 디에틸 에테르는 적절한 점화 증강제의 다른 예이다.Dimethyl ether is suitable for use in fumigants. High ignition properties Ignition enhancer. Diethyl ether is another example of a suitable ignition enhancer.

주 연료내의 메탄올은 디메틸 에테르로 촉매적으로 변환될 수 있다. 디에틸 에테르는 따라서, 주 연료 합성물 - 그 다음에 주 연료 합성물에 (유입 공기와 더불어) 분리적으로 엔진내로 훈증됨 - 의 스트림으로부터 촉매적으로 생성된다. 대안적으로, 디메틸 에테르를 포함하는 훈증제 합성물이, 기성품의 훈증제 합성물로서 엔진 소유자에게 연료 공급자에 의해 제공될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 메탄올 및 (디메틸 에테르 등의) 에테르 점화 증강제의 무게로 15%까지를 포함하는 사전-연료 합성물은 물을 더 포함할 수도 있다. 파이프라인의 끝에서, 사전-연료의 에테르 점화 증강제 구성 요소의 일부 또는 전부가 사전-연료 합성물의 다른 성분으로부터 분리될 수 있다(그 중에서도 특히, 메탄올, 하지만 또한, 에테르보다 더 높은 끓는점을 갖는 다른 성분들). 분리된 에테르 성분은 그 다음에, 사용 전에 추가적인 합성물내의 조정물(예컨대, 물 함유량을 조정하기 위한)과 더불어, 또는 어떤 방향으로든(그것이 약간의 물을 함유하는 경우에), 주 연료 합성물로서 사용되는 사전-연료 합성물의 잔여 부분으로, 분리적으로, 훈증제로서 압축 점화 엔진내로 훈증될 수 있다. 사전-연료내의 에테르 점화 증강제의 양은 무게로 10%까지 또는 무게로 9% 까지일 수 있다. 상한은 에테르 및 온도 조건의 선택에 좌우될 것이다. 추가적인 상세는 CI 엔진 구동 생성 시스템을 구체화하는 하기의 섹션에서 시작된다. 디메틸 에테르와 같은 점화 증강제는, 훈증제의 최소 15%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 82%, 84%, 86%, 88% 또는 90%와 같이, 훈증재의 최소 10% 또는 훈증제의 최소 5%를 적절히 포함한다. 범위의 상단이 될 훈증제의 점화 증강제 함량에 대한 일반적인 선호가 있고, 그래서 몇몇의 실시예들에서 점화 증강제 함량은 약 70% 이상이다. 점화 증강제는, 예컨대, 사전-연료 합성물이 근원이 되는 복구된 분리 점화 증강제로부터 또는 저장소로부터 순수 성분을 도입하는 경우에, 100%의 훈증제까지 포함할 수 있다. (DME가 형성되는, 메탄올에 추가되는 성분들을 포함하는) 주 연료의 촉매 반응을 통해 주 연료로부터 변환될 때, 또는 불순한 높은 점화 특성의 성분이 생성되거나 저장소로부터 끌어들여지는 경우에, 그러한 성분에 대한 상한이 상응하게 감소될 것이다.Methanol in the main fuel can be catalytically converted to dimethyl ether. Diethyl ether is thus catalytically produced from the stream of the main fuel compound, which is then separately steamed into the engine (with inlet air) to the main fuel compound. Alternatively, a fumigant composite comprising dimethyl ether may be provided by the fuel supplier to the engine owner as a ready-made fumigant composite. In another embodiment, the pre-fuel composite comprising up to 15% by weight of methanol and ether ignition enhancer (such as dimethyl ether) may further comprise water. At the end of the pipeline, some or all of the pre-fuel ether ignition enhancer component may be separated from the other components of the pre-fuel composite (among others, methanol, but also other with higher boiling points than ether). Components). The separated ether component is then used as the main fuel compound, in addition to the adjustments in the additional compound (eg to adjust the water content) or in any direction (if it contains some water) before use. The remaining portion of the pre-fuel composite may be separately fumified into a compression ignition engine as a fumigation agent. The amount of ether ignition enhancer in the pre-fuel may be up to 10% by weight or up to 9% by weight. The upper limit will depend on the choice of ether and temperature conditions. Further details begin in the sections below that specify a CI engine drive generation system. Ignition enhancers such as dimethyl ether, at least 15%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 82%, 84%, 86%, of fumigant Appropriately include at least 10% of the fumigant or at least 5% of the fumigant, such as 88% or 90%. There is a general preference for the ignition enhancer content of the fumigant that will be at the top of the range, so in some embodiments the ignition enhancer content is at least about 70%. Ignition enhancers may include up to 100% of fumigant, for example, when introducing pure components from a recovered separated ignition enhancer from which the pre-fuel composite is based or from a reservoir. When converted from the main fuel through a catalytic reaction of the main fuel (including components added to methanol, in which the DME is formed), or when an impure high ignition component is produced or drawn from the reservoir, The upper limit will be reduced correspondingly.

훈증제내의 각각의 성분의 상대량은 일정하게 유지될 수 있고 또는 엔진의 동작의 기간에 걸쳐 변화될 수 있다. 훈증제내의 성분들의 상대량에 악영향을 미치는 인자는, 엔진 스피드(rpm), 부하의 레벨 및 가변성, 엔진 구성, 및 훈증제의 개별적인 성분들의 특정 성질이다. 다른 실시예들에 있어서, 훈증제 합성물은 상대적으로 일정하게 유지되고, 그 대신에 엔진내로 주입되는 주 연료 성분(초당 그램)에 비교되는 훈증제의 상대량(엔진내로 훈증되는 초당 그램)이 엔진의 동작의 상이한 스테이지들 동안에 조정된다.The relative amount of each component in the fumigant may be kept constant or may vary over the period of operation of the engine. Factors that adversely affect the relative amounts of components in the fumigant are engine speed (rpm), load level and variability, engine configuration, and the specific properties of the individual components of the fumigant. In other embodiments, the fumigant composite remains relatively constant and instead the relative amount of fumigant (grams per second fumigation into the engine) is compared to the main fuel component (grams per second) injected into the engine. Is adjusted during different stages of.

상이한 엔진 동작 조건들(스피드, 부하, 구성)에 대한 상이한 훈증제 합성물로 CI 엔진을 동작시키는 것이 소망될 때, 훈증제 합성물은 훈증제 합성물의 컴퓨터 제어에 의해 또는 제어의 다른 형태에 의해 적절하게 변화될 수 있다. 조정들은, 우세한 엔진 동작 조건에 매치하도록 소망되는 훈증제 합성물을 계산하는 알고리즘에 기초하는 슬라이딩 조정(sliding adjustment)일 수 있고, 또는 단계적(step-wise) 조정일 수 있다. 예를 들면, 더 높은 전반적인 세탄 지수 훈증제(100% DME와 같은)는 동일 조건에 있어서의 동작에 대하여 연료에 관하여 높은 무게 %에서 엔진으로 훈증될 수 있고, 그 다음에 훈증제는 더 낮은 %의 DME와 일부 더 낮은 세탄 지수 성분들을 함유하는 2차 합성물로 전환될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 합성물은 안정적일 수 있고 공기/훈증제 비율이 변화된다.When it is desired to operate the CI engine with different fumigant compounds for different engine operating conditions (speed, load, configuration), the fumigant compounds may be changed as appropriate by computer control of the fumigant compound or by other forms of control. have. The adjustments may be sliding adjustments based on algorithms that calculate the desired fumigant composite to match prevailing engine operating conditions, or may be step-wise adjustments. For example, a higher overall cetane index fumigation agent (such as 100% DME) can be fumigation with the engine at a higher weight% relative to fuel for operation under the same conditions, and then the fumigation agent is then lower percentage of DME And secondary composites containing some lower cetane index components. In another embodiment, the composite may be stable and the air / smoker ratio is varied.

점화 증강제 또는 증강제들 이외의 무수 성분의 목표 % 및 훈증제내의 물은, 5~40% 또는 10~40% 또는 20~40% 또는 30~40%사이와 같이, 적절하게 40% 이하이다. 특정 엔진 구성과, 연소성 성분들 및 다른 점화 증강제들의 세탄가에 기초하여 이러한 퍼센테이지들에 대해 조정이 이루어질 수 있다.The target% of the anhydrous component other than the ignition enhancer or enhancers and the water in the fumigant is suitably 40% or less, such as between 5-40% or 10-40% or 20-40% or 30-40%. Adjustments can be made to these percentages based on the specific engine configuration and the cetane number of the combustible components and other ignition enhancers.

몇몇 실시예들에 더하여서, 변환 반응(예컨대, 메탄올에서 DME로)의 생성물로서 또는 물 함유 반응기 공급으로부터 들어오는 운반자로서 훈증제내에 존재할 수 있고, 또는 첨가제과 조합하거나 분리된 스트림으로서 첨가된다.In addition to some embodiments, it may be present in the fumigant as a product of a conversion reaction (eg, from methanol to DME) or as a carrier coming from a water-containing reactor feed, or added as a separate stream in combination with additives.

점화 증강제에 더하여 훈증제내에 존재할 수 있는 성분들의 예는, 메탄올, 물, (연료 성분의 전후 관계에 있어서) 앞서 개괄된 첨가제, 및 알칸 가스들(일반적으로, C1~C6 알칸과 같은 저급 알칸을 포함하는 직쇄 알칸, 특히 메탄, 에탄, 프로판 또는 부판, 및 장쇄 알칸(C6 및 그 이상))을 포함한다.Examples of components that may be present in the fumigant in addition to the ignition enhancer include methanol, water, additives outlined above (in the context of fuel components), and alkanes gases (generally lower alkanes such as C1 to C6 alkanes). Straight chain alkanes, in particular methane, ethane, propane or butane, and long chain alkanes (C6 and above)).

몇몇의 실시예들에 있어서, 훈증제는 적어도 60%의 단일 성분 - 일예가 디메틸 에테르 -을 포함한다. 훈증제의 단일 주성분의 양은 62%, 65%, 68%, 70%, 72%, 75%, 78% 또는 80% 이상일 수 있다.In some embodiments, the fumigant comprises at least 60% of a single component, such as dimethyl ether. The amount of the single active ingredient of the fumigant may be at least 62%, 65%, 68%, 70%, 72%, 75%, 78% or 80%.

훈증제, 또는 2차 연료는 저장소로부터 직접 획득될 수 있거나, 주 연료를 처리한 후에 순수 형태로 엔진에 훈증제로서 공급될 수 있다(메탄올에서 DME로의 촉매 변환일지라도, DME로 이루어지는 훈증제를 산출하기 위한 순수화가 뒤 따름). 대안적으로, 훈증제는 주 연료를 처리한 후에 또는 저장소로부터 다른 성분들 및 점화 증강제를 함유할 수 있다(즉, 훈증제는 순수 형태가 아니다). 이러한 경우에 있어서, 불순물들이 훈증제의 소망되는 성과와 여전히 조화될 수 있다, 즉, 훈증제는 물과 메탄올을 또한 포함할 수 있거나, 도포와 조화될 수 있는 다른 물질들(C1~C8 알콜과 같은)을 포함할 수 있다.The fumigant, or secondary fuel, can be obtained directly from the reservoir, or can be supplied as a fumigant to the engine in pure form after the main fuel has been processed (even if the catalytic conversion from methanol to DME is pure to yield a fumigant made of DME). Following the painter). Alternatively, the fumigant may contain other ingredients and ignition enhancers after treatment of the main fuel or from the reservoir (ie, the fumigant is not in pure form). In this case, the impurities may still be in harmony with the desired performance of the fumigant, ie the fumigant may also include water and methanol, or other substances (such as C1 to C8 alcohols) that may be compatible with application. It may include.

주 연료 합성물과 훈증제는 2 부분의 연료로서 공급될 수 있고, 또는 2 연료 부분들의 “키트(kit)”로서 배달될 수 있다. 이러한 전후 관계에 있어서, 훈증제는 2 부분의 연로의 “2차 연료 성분”으로서 설명될 수 있고, 따라서 앞서의 훈증제의 설명은 2차 연료 성분에 적용된다. 주 연료 혼합물 및 2차 연료 성분은 압축 점화 엔진과 관련되는 분리된 저장소 탱크들로 펌핑될 수 있다.The main fuel compound and the fumigant can be supplied as two parts of fuel, or can be delivered as a “kit” of two fuel parts. In this context, the fumigant can be described as a "secondary fuel component" of two parts of the fuel, so the description of the fumigant above applies to the secondary fuel component. The main fuel mixture and the secondary fuel component can be pumped to separate reservoir tanks associated with the compression ignition engine.

따라서, 압축 점화 엔진을 동작시키는데 사용하기 위한 2-부분 연료로, 연료 합성물은 다음을 포함한다:Thus, with a two-part fuel for use in operating a compression ignition engine, the fuel composite includes:

- 메탄올과 물을 포함하는 주 연료 합성물 및A main fuel compound comprising methanol and water and

- 점화 증강제를 포함하는 2차 연료 성분-Secondary fuel components, including ignition enhancers

이러한 전후 관계에 있어서 주 연료는 새로운 높은 물 함량의 메탄올-물 디젤 연료 또는 그 외 일 수 있다.In this context, the main fuel may be a new high water content methanol-water diesel fuel or others.

이러한 2 부분의 연료의 사용시에, 주 연료는 압축 점화 엔진의 연소실내로 도입되고, 2차 연료는 압축 점화 엔진의 흡기구내로 훈증된다.In the use of these two parts of fuel, the main fuel is introduced into the combustion chamber of the compression ignition engine, and the secondary fuel is fumerated into the inlet of the compression ignition engine.

압축 점화 엔진에 연료를 공급하기 위한 방법은 다음을 포함한다:Methods for fueling compression ignition engines include:

- 메탄올과 물을 포함하는 주 연료 합성물을 압축 점화 엔진의 연소실로의 유체 연결내에 있는 제1 탱크내로 공급하는 것, 그리고Supplying a main fuel compound comprising methanol and water into a first tank in a fluid connection to the combustion chamber of a compression ignition engine, and

- 점화 증강제를 포함하는 2차 연료 성분을 압축 점화 엔진의 흡기구로 유체 연결내에 있는 제2 탱크로 공급하는 것.Supplying a secondary fuel component comprising an ignition enhancer to a second tank in the fluid connection to the inlet of the compression ignition engine.

상기한 바와 같이, 2차 연료는, 주 연료의 일부분의 점화 증강제로의 촉매 변환을 통해 제 자리에 부분적으로 또는 완전하게 준비될 수 있다. 이것은 디메틸 에테르가 점화 증강제인 상황에 부분적으로 적합하다.As noted above, the secondary fuel may be partially or fully prepared in place via catalytic conversion of a portion of the main fuel to an ignition enhancer. This is partly suitable for situations where dimethyl ether is an ignition enhancer.

일 실시예에 있어서, 연소 점화 엔진의 동작에 있어서 2 부분의 연료의 사용이 제공되며, 2 부분의 연료는:In one embodiment, the use of two parts of fuel in operation of a combustion ignition engine is provided, wherein the two parts of fuel are:

- 메탄올과 물을 포함하는 주 연료 합성물, 및A main fuel compound comprising methanol and water, and

- 점화 증강제를 포함하는 2차 연료 성분.A secondary fuel component comprising an ignition enhancer.

본 발명은 에테르를 무게로 10%까지 그리고 메탄올을 포함하는 사전0연료 성분을 더 제공한다. 에테르는 디메틸 에테르일 수 있다. 앞서 주목한 바와 같이, 에테르 성분은 2차 연료 성분으로서 사용하기 위한 사전-연료 합성물의 나머지로부터 분리될 수 있고 사전-연료 성분의 잔부가 주 연료 합성물로서 이용될 수 있다. 이러한 잔부는 전체의 주 연료 합성물로서 직접 사용될 수 있고, 또는 혼합물이 주 연료 성분을 산출하도록 조정될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 따라서, 사전-연료는 물을 함유하지 않을 수도 있고, 물이 에테르의 제거 후에 주 연료 합성물을 생성하기 위해 첨가될 수 있다. 몇몇의 실시예에 있어서, 연료가 하기에서 더 설명되는 발전 시스템 중 하나에서 사용되는 경우에, 물은 주 연료 합성물에 사용하기 위해 필요하지 않을 수도 있다.The present invention further provides a prezero fuel component comprising up to 10% by weight of ether and methanol. The ether may be dimethyl ether. As noted above, the ether component can be separated from the rest of the pre-fuel composite for use as the secondary fuel component and the balance of the pre-fuel component can be used as the main fuel composite. This balance can be used directly as the overall main fuel compound, or the mixture can be adjusted to yield the main fuel component. In this embodiment, therefore, the pre-fuel may not contain water and water may be added to produce the main fuel composite after removal of the ether. In some embodiments, where fuel is used in one of the power generation systems described further below, water may not be needed for use in the main fuel composite.

본 발명은 또한, 제1 부분에 메탄올을 포함하고 제2 부분에 에테르를 포함하는 2 부분의 연료 합성물을 하나의 위치로부터 다른 위치로 운반하는 방법을 또한 제공하며, 상기 방법은 메탄올과 에테르를 함유하는 사전-연료 합성물을 하나의 위치로부터 제2 위치로 운반하는 것, 그리고 메탄올을 함유하는 제 1 연료 부분 및 에테르를 함유하는 제2 연료 부분을 산출하기 위해 메탄올로부터 에테르를 분리하는 것을 포함한다. 운반하는 것은 파이프라인을 통해 파이핑하는 방식에 의한 것일 수 있다. 제1 위치는 메탄올 생성 플랜트 위치일 수 있고, 다른 위치(제2 위치)는 제1 위치로부터 원거리의 위치이다. 원거리의 위치는 일반적으로 적어도 1 킬로미터 멀리에 있을 수 있고 아마도 수 킬로미터 멀리에 있을 수 있다. 원거리 위치는 전기 발생을 위한 압축 점화 엔진의 위치, 선적 부두, 또는 2 부분의 연료가 요구되는 트레인 슬라이딩(train siding) 또는 임의의 다른 적절한 위치일 수 있다.
The present invention also provides a method of conveying a two part fuel composite comprising methanol in the first part and ether in the second part from one location to another, wherein the method contains methanol and ether. Conveying the pre-fuel composite from one location to a second location, and separating the ether from the methanol to yield a first fuel portion containing methanol and a second fuel portion containing ether. The conveying may be by way of piping through the pipeline. The first location may be a methanol production plant location and the other location (second location) is a location remote from the first location. The remote location is generally at least one kilometer away and perhaps several kilometers away. The remote location may be the location of a compression ignition engine for electricity generation, a shipping dock, or train siding requiring two parts of fuel, or any other suitable location.

CICI 엔진 발전 시스템 Engine power generation system

이 명세서에 설명되는 메탄올/물 혼합 연료 및 압축 점화 엔진을 가동하기 위한 관련 시스템들(또한 프로세스로도 칭해짐)을 이용하여, 발전 시스템 및 구조는 감소된 방출 레벨에서 효율적으로 동력을 발전시키도록 개발될 수 있고, 그것은 배기 가스로부터 열과 물을 캡쳐하여 그 다음에 재사용 또는 재지향시키도록 엔진 배기를 또한 처리할 수 있다. 열과 물의 재사용 또는 재생하는 것은 증가된 시스템 효율과 전체적인 감소된 폐 생성물 및 방출물을 진전시킨다. 열 및 물의 재지향은 장소/구역을 가열 및 냉각하는 것을 수반하는 비관련 응용의 범위에 있어서의 사용 및 다른 시스템의 일부로서 또는 집단으로 사용하기 위한 물의 재생을 발견할 수 있다.Using the related systems (also referred to as processes) for operating the methanol / water mixed fuel and compression ignition engines described herein, the power generation system and structure can be used to efficiently generate power at reduced emission levels. It can be developed and it can also treat the engine exhaust to capture heat and water from the exhaust and then reuse or redirect it. Reuse or regeneration of heat and water promotes increased system efficiency and overall reduced waste products and emissions. Redirection of heat and water may find use in a range of unrelated applications involving heating and cooling of places / zones and regeneration of water for use as part of or as a group of other systems.

도 3a 내지 6b는 압축 점화 엔진을 가동하기 위해 여기에서 설명되는 연료들과 프로세스들을 통합하는 발전 시스템의 예를 예시한다. 이러한 프로세스들에서 나타내어지는 연료가, 가변적인 양의 물을 함유할 수 있고, 0% 내지 80%의 양으로 물을 함유할 수 있는 메탄올 기반의 연료라는 것이 이해되어진다. 3A-6B illustrate an example of a power generation system integrating the fuels and processes described herein to run a compression ignition engine. It is understood that the fuel represented in these processes is a methanol based fuel which may contain varying amounts of water and may contain water in an amount of 0% to 80%.

도 3a 및 3b는, 출력을 생성하기 위해 하지만, 지역 집단에 열을 제공하기 위해 핫 워터 루프(Hot Water Loop; “HWL”)(113a, 113b)(도 4a 및 4b를 참조)를 또한 통합하는 그리고 물을 재순환시키도록 엔진 배기를 이용하는, 방출을 감소시키는 엔진 배기 처리를 또한 포함하는 IC 엔진(111)(디젤 엔진으로도 칭해짐)으로 메탄올 연료를 생성하여 공급하기 위한 프로세스를 나타낸다. 엔진에 의해 생성되는 출력은 또한, 발전 플랜트가 위치되는 장소에 서비스하는데 또한 사용될 수 있고, 그리고 예컨대 집단을 위해 전기를 발생하는데 사용될 수 있다. 도 3a 및 3b는, 엔진으로의 공기 훈증을 활용하는 프로세스를 나타내고, 도 3b에 나타내어진 프로세스는 훈증 유입 공기의 단계를 생략한다.3A and 3B also incorporate hot water loops (“HWL”) 113a and 113b (see FIGS. 4A and 4B) to generate output, but to provide heat to local populations. And a process for producing and supplying methanol fuel to an IC engine 111 (also referred to as a diesel engine) that also includes an engine exhaust treatment that reduces emissions, using the engine exhaust to recycle water. The output generated by the engine can also be used to service the place where the power plant is located, and can be used to generate electricity for a group, for example. 3A and 3B show a process utilizing air fumigation into the engine, and the process shown in FIG. 3B omits the step of fumigation inlet air.

도 3a 및 3b는 연료 제조 플랜트(101) 및 공급 격자(103)를 통한 그 연료의 원거리 공급을 예시한다. 연료 제조 플랜트는 대형의 원거리 석탄 플랜트(102)내의 일반적인 보일러들로부터 생성되는 증기로부터 발생되는 전기를 이용하는 일반적인 메탄올 제조 플랜트일 수 있다. 그러한 플랜트는 석탄 화력 방출 프로파일(coal fired emissions profile)을 생성한다. 대안적으로, 전기 발생 플랜트(102)는 메탄올 연료를 생성하는데 요구되는 전기를 발생시키는데 여기에서 설명되는 바와 같인 메탄올 연료를 이용하는 연소 엔진을 통합할 수 있다. 이것은 석탄 플랜트에 의해 생성되는 것들에 대해 더 낮은 방출을 가진 더 청정한 대안을 제공할 것이다.3A and 3B illustrate the remote supply of the fuel through the fuel manufacturing plant 101 and the supply grid 103. The fuel production plant may be a typical methanol production plant that uses electricity generated from steam generated from common boilers in a large remote coal plant 102. Such a plant produces a coal fired emissions profile. Alternatively, the electricity generation plant 102 may incorporate a combustion engine using methanol fuel as described herein to generate the electricity required to produce methanol fuel. This will provide a cleaner alternative with lower emissions for those produced by coal plants.

메탄올 기반 연료는 플랜트(101)내에서 제조되고, 메탄올, 메탄올-물 혼합 또는 메탄올-에테르 혼합 또는 메탄올-물-에테르 혼합을 상당히 함유할 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 연료는, 엔진(111)과 직접적으로 사용될 수 있는 대기압에서 비-끓는점 액체로서 DEM 및 메탄올의 90~99.5% 혼합의 DME 혼합물 및 “완전한 연료” 메탄올을 포함한다. 메탄올과 DME의 혼합에 있어서, DME는 가스 상으로의 에테르의 천이를 회피하기 위해 그리고 액체로서의 트랜스미션(transmission)을 위해 적절한 안정적인 양으로 제공된다. 양은, 연료가 파이프라인(103)에서 전송되는 온도 및 압력에 좌우될 것이지만, 일반적으로, 총 연료량의 10%미만 그리고 7%~8%의 범위내일 것이다. Methanol based fuels are prepared in plant 101 and may contain significant amounts of methanol, methanol-water mixtures or methanol-ether mixtures or methanol-water-ether mixtures. In one embodiment, the fuel comprises a DME mixture of 90-99.5% mixture of DEM and methanol and “complete fuel” methanol as a non-boiling liquid at atmospheric pressure that can be used directly with the engine 111. In mixing methanol and DME, the DME is provided in a stable amount suitable to avoid the transition of ether into the gas phase and for transmission as a liquid. The amount will depend on the temperature and pressure at which fuel is delivered in pipeline 103, but will generally be in the range of less than 10% and 7% -8% of the total fuel amount.

대안적으로, 압력 조건하에서 더 높은 DME 비율을 갖는 연료가 공급될 수 있다. 다른 대안으로서, (예컨대, 화학용의) 100% 메탄올에 근접하는 높은 메탄올 함량을 함유하는 연료가 디멘드 센터(demand centre)(즉, 발전 플랜트) 근처의 DME에 후속하는 부분 변환을 위해 전송될 수 있다. 높은 %의 메탄올을 포함하는 이러한 사전-연료 혼합물의 형태는 약 0.2% 이상의 물 성분을 함유할 수 있다. 추가적인 대안으로서, 파이프라인내로 전송되는 사전-연료 또는 연료는 메탄올-물 연료일 수 있다. 가공하지 않은 메탄올과 같은, 메탄올과 어느 쪽이든 관련될 수 있고, 또는 비용 효율적일 수 있는 제조 영역내의 물의 나머지가 근원일 수 있는 메탄올-물 연료내의 물이 이러한 목적을 위해 이용된다. 약간의 윤활제의 추가적인 첨가 및 부식 개선제가 전송 격자내의 구성의 물질에 좌우되는 전송된 연료에 그리고 엔진/프로세스 동작을 증강시키기 위해 포함될 수 있다.Alternatively, fuel having a higher DME ratio may be supplied under pressure conditions. As another alternative, a fuel containing a high methanol content close to 100% methanol (e.g. for chemical use) may be transferred for subsequent conversion to the DME near the demand center (i.e. power plant). have. The form of such pre-fuel mixtures comprising a high percentage of methanol may contain at least about 0.2% water component. As a further alternative, the pre-fuel or fuel sent into the pipeline may be a methanol-water fuel. Water in methanol-water fuels can be used for this purpose, such as raw methanol, which can either be related to methanol, or where the rest of the water in the production area can be cost effective. Some additional addition of lubricants and corrosion enhancers may be included in the transferred fuel and to enhance engine / process operation depending on the material of construction in the transmission grid.

지역적 격자내의 파이프라인들내의 긴 거리에 걸쳐 가연성의 다량의 에너지의 전송은 확립된 기술이다. 그러한 파이프라인(103)과 같은 인프라스트럭처는 멀리 떨어진 위치들에 안전하고 비용 효율적으로 메탄올 연료를 배달하는데 또한 사용될 수 있다.The transmission of large amounts of flammable energy over long distances in pipelines in the local grid is an established technique. Infrastructure such as pipeline 103 can also be used to safely and cost-effectively deliver methanol fuel to remote locations.

파이프라인(103)을 통해 전송된 후에, 발전 플랜트에 도달하는 연료는, 압축 점화 엔진(111), 사전-처리 스테이지(104)와 배기 처리(113, 115, 116 118)를 포함한다. 연료는 있는 그대로 즉시로 엔진(111)내에 사용될 수 있고, 또는 연료의 선택적 사전-처리가 플랜트 동작 범위를 통해 안전하고 신뢰성 있는 동작을 보장하기 위해 실행될 수 있다. 시동 및 중지 연료의 저장소는 또한, 예컨대, 시스템 보존 사유를 위해 숙고될 수도 있다, 예컨대, 에테르 성분이 저장될 수 있다.After being sent through pipeline 103, the fuel reaching the power plant includes a compression ignition engine 111, a pre-treatment stage 104 and exhaust treatment 113, 115, 116 118. The fuel can be used in the engine 111 immediately as it is, or selective pre-treatment of the fuel can be carried out to ensure safe and reliable operation throughout the plant operating range. Storage of start and stop fuels may also be contemplated, for example, for system preservation reasons, eg, ether components may be stored.

사전-처리 스테이지(104)에서 연료는, DME와 같은, 하나가 에테르 풍부 부분(105)이고 하나가 메탄올 풍부 부분(107)인, 2개의 풍부 상으로 플래싱(flashing)하는 것에 의해 분할될 수 있다. DME는 그 자신의 낮은 끓는점으로 인해 이러란 플래싱 프로세스에 특히 적합하다. 50℃~60℃의 온도를 갖는 뜨거운 물 스트림으로부터의 엔진 배기로부터의 낮은 레벨의 폐열은 메탄올로부터 낮은 끓는점 DME를 플래시 분리하는데 사용될 수 있다. 몇몇의 실시예들에 있어서, 메탄올 풍부 상은, 대부분의 DME는 플래시 오프(flashed off)되고, 저량의 DME를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, DME의 높은 비율이, 훈증제(105)로서 기화되고 활용되는 양호하고 완전한 연소를 보장하기 위해 오로지 적절한 DME로 액상으로 유지될 수 있다. 예를 들면, 제조 플랜트로부터의 연료가 7% DME를 포함하는 경우에, 이것의 5%는 액상으로 유지될 수 있고, 2%는 엔진(111)으로 들어가는 가열된 연소 공기(110)에 첨가하기 위한 훈증제로서 사용된다.The fuel in the pre-treatment stage 104 may be split by flashing into two rich phases, such as DME, one ether rich portion 105 and one methanol rich portion 107. . DME is particularly suitable for this flashing process due to its own low boiling point. Low levels of waste heat from engine exhaust from a hot water stream having a temperature of 50 ° C. to 60 ° C. can be used to flash separate the low boiling point DME from methanol. In some embodiments, the methanol rich phase is where most of the DME is flashed off and may include low amounts of DME. In other embodiments, a high proportion of DME may be maintained in the liquid phase only with a suitable DME to ensure good and complete combustion that is vaporized and utilized as the fumigant 105. For example, if the fuel from the manufacturing plant contains 7% DME, 5% of it may be maintained in the liquid phase and 2% may be added to the heated combustion air 110 entering the engine 111. It is used as a fumigation agent for.

사전-처리는 DME 또는 다른 훈증제의 공급을 공급하기 위한 변환 옵션을 포함할 수 있다. 대안적으로, DME와 같은 점화 개선제의 요구량은 저장소로부터 획득될 수 있다. DEE와 이 명세서에 설명된 다른 점화 개선제와 같은 다른 그러한 점화 개선제도 또한 가능하다.Pre-treatment may include conversion options to supply a supply of DME or other fumigant. Alternatively, the required amount of ignition improver, such as DME, can be obtained from the reservoir. Other such ignition improvers are also possible, such as the DEE and other ignition improvers described herein.

사전-처리 스테이지는, 훈증제로서 사용될 DME를 분리하는 것만이 아니고 다른 프로세스를 위한 액체 연료 성분으로서 사용하기 위한 잉여의 DME를 또한 생성하기 위한 전송되는 연료의 처리 부분을 또한 포함할 수도 있다. 예를 들면, 잔여의 DME는 잔여의 열을 HWL에 제공하는 것에 의해 가까운 집단에 이로울 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, DME는 발전 플랜트 프로세스와 통합될 수 있다. 메탄올 연료는 또한, 처리 전이든 후든, 발전 시스템으로부터 제거되어 국지 화학 제조를 위해 사용될 수 있다.The pre-treatment stage may not only separate the DME to be used as a fumigation agent but may also include a processing portion of the transferred fuel for producing a surplus DME for use as a liquid fuel component for other processes. For example, residual DME may be beneficial to nearby populations by providing residual heat to HWL. Alternatively or additionally, the DME may be integrated with the power plant process. Methanol fuel can also be removed from the power generation system, either before or after treatment, and used for local chemical production.

상류의 제조 플랜트에서의 설비 투자 및 운영비용을 절감하는, 가공되지 않은 메탄올의 발전 플랜트로의 전송이 또한 가능하다. 그러한 발전 플랜트로의 연료의 공급은 DME 제조를 위한 가공되지 않은 메탄올의 부분을 분할하고, 나머지 연료는 엔진으로 향해지는 앞서의 옵션을 적합하게 할 것이다. 에너지와 설비 투자의 관점에서, 이러한 옵션은, 제조 플랜트(101)에서 증류 단위를, 상대적으로 적은 양이 “목표를 초과”하는 발전 플랜트에서 대부분의 생성물이 훨씬 더 적은 단위로 “목표를 초과”하고 증류되는 것으로 대체할 것이다. 이러한 옵션은 디멘드 센터 근처의 그리고 즉 발전 플랜트 근처의 가용한 국지 DME를 또한 이룰 것이다.It is also possible to transfer raw methanol to the power generation plant, which reduces equipment investment and operating costs in upstream manufacturing plants. The supply of fuel to such a power plant will split a portion of raw methanol for DME production, and the remaining fuel will suit the previous options directed to the engine. In terms of energy and equipment investments, this option “dishes” the distillation unit in the manufacturing plant 101, with much less “above the target” in most of the products in the power plant where the relatively small amount is “over the target”. And will be replaced by distillation. This option will also make available local DME near the demand center and ie near the power plant.

사전-처리 스테이지(104)에서의 연료의 사전-처리는 또한, 벤츄리 세척기(venturi scrubber)(115) 복귀 라인으로부터 유래하는, 뜨거운 물을 이용하여 엔진내로 들어가기 전에 메탄올 연료(107)를 또한 가열할 수 있다. 사전-처리 스테이지(104)를 나가는 물은 용수-품질의 물(106)로서 나간다. 냉각된 용수-품질의 물(106)은 콘덴서(116)로부터의 응축액과 혼합될 수 있고, 필요하다면 냉각기가 허용 가능한 유출 온도를 보장하는데 사용될 수 있다.Pre-treatment of the fuel in the pre-treatment stage 104 may also heat the methanol fuel 107 before entering the engine with hot water, which originates from the venturi scrubber 115 return line. Can be. Water exiting pre-treatment stage 104 exits as water-quality water 106. Cooled water-quality water 106 may be mixed with condensate from condenser 116 and, if necessary, the cooler may be used to ensure an acceptable outlet temperature.

HWL과의 발전을 위해 나타낸 예에 있어서, 디젤 엔진은 1 MW 이상으로부터의 동력을 발전하는데 사용될 것이다. 이것은 더 작은 사용자들에게 공헌할 수 있고 낮은 NOX, SOX 및 미립자 결과물을 갖는 1 MW 미만의 파워를 배제하지 않는다. 디젤 엔진은 후 연소 처리에 특히 적합한데, 그 이유는 그것이 엔진 효율의 작은 비용만으로 정화 및 열 교환 설비를 통해 배기를 이동시키는데 필요한 기압의 구동력을 제공하기 때문이다.In the example shown for generation with HWL, a diesel engine will be used to generate power from more than 1 MW. This can contribute to smaller users and does not rule out power below 1 MW with low NOX, SOX and particulate results. Diesel engines are particularly suitable for post-combustion treatment because they provide the driving force of the air pressure necessary to move the exhaust through the purification and heat exchange facilities at a small cost of engine efficiency.

이 명세서에 설명된 일부의 연료 혼합물의 본질은, 증가되는 엔진 사이즈에서의 고유한 열적 이익에 기인하여, 대직경의 피스톤이 더 작은 피스톤보다 선호된다는 것을 의미한다. 더 큰 피스톤은 또한 연료 연소를 적합하게 보장하면서 피스톤 벽에 대한 주입 연료의 악영향의 위험을 감소시키고 윤활제 막과 간섭하지 않는다.The nature of some fuel mixtures described in this specification means that due to the inherent thermal benefit in increasing engine size, larger diameter pistons are preferred over smaller pistons. Larger pistons also adequately ensure fuel combustion while reducing the risk of adverse effects of injected fuel on the piston walls and do not interfere with the lubricant membrane.

하기에서 더 언급되는 시험들이 1000rpm 이상으로 구동하는 엔진에서 시험된 연료를 입증하지만, 사전에 제안된 바와 같이, 연료는, 저속 내지 중속 범위인 것으로 보통 설명되는 범위인 100rpm 바로 아래에서 1000rpm까지 보통 동작하는, 더 낮은 속도의 엔진에서 성공적으로 이용될 수 있다. 이러한 속도 범위는, 휘발성 점화 개선제들이 증기 공간내로 증기로서 들어가고 압축 행정 동안에 뜨거운 압축 공기와 그것들의 화학 반응을 시작하는데 더 많은 시간을 허용한다. 연소 국면 동안의 이러한 더 많은 시간의 허용은 연료의 더욱 완전한 연소를 가능케 하고 엔진 밖의 배기에서의 다른 성분들 및 불소성 연료의 레벨을 감소시킬 것이다. 더 많은 시간 허용은 또한, 더 낮은 람다가 사용되도록 허용하고 그렇게 하여 엔진 밖 배기내의 물의 농도를 증가시키면서, 물과 산소 분자의 접촉을 통해 실린더내의 연료를 완전하게 연소시키는데 더 많은 시간을 허용할 것이다. Although the tests mentioned further below demonstrate fuel tested in engines running at 1000 rpm or higher, as previously suggested, the fuel normally operates from 1000 rpm to just below 100 rpm, which is usually described as being in the low to medium speed range. Can be used successfully in lower speed engines. This speed range allows more time for the volatile ignition improvers to enter the vapor space as steam and to initiate their chemical reaction with the hot compressed air during the compression stroke. This more time tolerance during the combustion phase will allow for more complete combustion of the fuel and reduce the levels of fluorine fuel and other components in the exhaust outside the engine. More time allowance will also allow more time to completely burn fuel in the cylinder through contact of water and oxygen molecules, allowing lower lambda to be used and thereby increasing the concentration of water in the exhaust outside the engine. .

파워는, 예열될 수 있고 콘덴서(116)를 통해 엔진 배기 가스에 의해 도 3a 및 3b에 나타낸 예에 있어서 예열되는 공기(100)와 함께 엔진(111)에 들어가는 물(108)과 메탄올(107)의 혼합물에 의해 엔진(111)에서 발생된다. 적절한 예열 온도는 40℃와 50℃의 사이일 수 있다. 연료내의 물은 물 저장소 또는 (하기에서 더욱 상세히 설명되는) 콘덴서(116)를 통해 배기 가스로부터 재순환되는 물이 근원일 수 있다.The power can be preheated and the water 108 and methanol 107 entering the engine 111 with the air 100 preheated in the example shown in FIGS. 3A and 3B by the engine exhaust through the condenser 116. Is generated in the engine 111 by a mixture of Suitable preheating temperatures may be between 40 ° C and 50 ° C. The water in the fuel may be sourced from water recycled from the exhaust gas through a water reservoir or condenser 116 (described in more detail below).

배기 가스의 처리는 함산소 화합물과 CO2를 표적화하는 촉매를 이용하는 촉매 변환기(112)에 엔진 배기를 통과시키는 것을 포함한다. 이것은, 열이 HWL에 대해, 또는 도 5a, 5b, 6a 및 6b에 관하여 하기에서 더 설명되는 다른 프로세스들에 대하여 사용 가능할 수도 있는, 배기 가스의 이차적인 열을 유발할 것이다. 촉매 변환기(112)는 또한 임의의 연료 또는 연소 생성물을 적절한 레벨로 감소시킨다. 최종 스테이지에서 활성탄 또는 그와 유사한 것이 정화를 위해 선택적으로 채용될 수 있다. 추가적으로, 이 명세서에 설명된 메탄올 연료는 적은 검댕으로 청결하게 타는데, 그것은 촉맨 성능을 향상시킨다.Treatment of the exhaust gas includes passing the engine exhaust through a catalytic converter 112 that uses an oxygen compound and a catalyst that targets CO 2. This will cause secondary heat of the exhaust gas, which may be available for HWL or for other processes described further below with respect to FIGS. 5A, 5B, 6A and 6B. Catalytic converter 112 also reduces any fuel or combustion products to appropriate levels. Activated carbon or the like at the final stage may optionally be employed for purification. In addition, the methanol fuel described herein burns cleanly with less soot, which improves the performance of Chokman.

HWL은 펌핑된 물의 루프를 통해 주거 집단과 같은 국지 기반의 목적지로 열을 운반한다. 도 4a 및 4b는 HWL 열 교환기(113)에서의 복귀 라인(113b)과 HWL 공급 라인(113a)을 예시한다. 발전 프로세스로부터의 열 부산물을 이용하는 것은 주거의 그리고 상업적인 지역에 저가의 열을 제공하는데 사용될 수 있다. HWL을 통하여 펌핑되는 물은 촉매 변환기(112)로부터 하류의 HWL 열 교환기(113)를 통해 가열된다. 열 교환기(113)는, HWL로의 80℃의 설계 급송 온도를 가진 40℃의 HWL의 복귀에 대한 온도에서 동작하는 표준 장치이다. 요구되는 표면적의 관점에서의 효율적인 열교환기 설계 및 상대적으로 차가운 HWL 복귀 온도는 배기의 적절한 냉각을 보장할 것이다.The HWL carries heat through a loop of pumped water to a local based destination, such as a residential community. 4A and 4B illustrate the return line 113b and the HWL supply line 113a in the HWL heat exchanger 113. Using heat byproducts from the power generation process can be used to provide low cost heat in residential and commercial areas. Water pumped through the HWL is heated through the HWL heat exchanger 113 downstream from the catalytic converter 112. The heat exchanger 113 is a standard device operating at a temperature for the return of the HWL of 40 ° C. with a design feed temperature of 80 ° C. to the HWL. Efficient heat exchanger design and relatively cold HWL return temperatures in terms of required surface area will ensure adequate cooling of the exhaust.

배기 처리 첨가제가, 임의의 부식성 화학제품을 주입하는 부식성 인젝터(114)에 첨가되고, 다른 적절한 산 중화제들이 소망되는 결과를 위해 배기 가스내로 첨가된다. 예를 들어, 최종 배기로부터 산성 화합물을 제거하기 위해, 산의 기운을 무효로 하고, 플랜트로부터 흐르는 용수의 pH를 제어하는데 사용되는, 낮은 도즈(dose)의 기본 액체(예컨대, ℃ 부식성 소다 및 물)가 배기 스트림으로 주입될 것이다. 최종 pH는 국지 조건에 최적으로 합치되는 레벨로 제어될 것이다.Exhaust treatment additives are added to the corrosive injector 114 injecting any corrosive chemicals and other suitable acid neutralizers are added into the exhaust gas for the desired result. For example, in order to remove acidic compounds from the final exhaust, low-dose base liquids (e.g., caustic caustic soda and water) are used to invalidate the acid and control the pH of the water flowing from the plant. ) Will be injected into the exhaust stream. The final pH will be controlled at a level that best matches the local conditions.

벤츄리 세척기(115) 또는 다른 적절한 혼합 장치가 HWL 교환기(113)의 하류에 예시되어 있다. 이러한 장치는 몇몇의 기능을 갖는데, 첫째가 순환하는 물 흐름과 배기 가스를 친밀하게 혼합하는 것이고, 물 흐름의 효과는 배기를 HWL 교환기 밖의 85~90℃로부터 벤츄리 세척기 밖의 대략 55~60℃로 냉각시키는 것이다. 그러한 냉각은, 배기 가스로부터 응축된 물을 생성하고 주지의 방법을 이용하여 처리될 수 있는 미립자를 수집하거나, 궁극적으로 대지로 돌아가기 위해 플랜트를 떠나는 용수의 부분을 형성할 것이다. 세척기(115)를 떠나는 산이 제거되고 청정한 배기는 최종 콘덴서 밖의 더 고도로 순수한 배기를 생성한다.A venturi washer 115 or other suitable mixing device is illustrated downstream of the HWL exchanger 113. This device has several functions, the first being an intimate mixing of the circulating water stream and the exhaust gas, and the effect of the water flow is to cool the exhaust from 85-90 ° C. outside the HWL exchanger to approximately 55-60 ° C. outside the venturi washer. It is to let. Such cooling will produce condensed water from the exhaust and collect particulates that can be treated using known methods, or ultimately form part of the water leaving the plant to return to the ground. The acid leaving the scrubber 115 is removed and the clean exhaust produces a more highly pure exhaust outside the final condenser.

물은 벤츄리 세척기(115)와 핀 팬 열 교환기(fin fan heat exchanger)(100) 사이에서 펌핑된다. 핀 팬 열교환기 또는 다른 적절한 설비는, 벤츄리 세척기를 통해 배기 가스로부터 열을 취하고 그 열을 하나 이상의 팬에 의해 열 교환기(100)를 통해 흐르도록 구동되는 공기로 방출하는, 다른 가스/액체 교환이다. 이러한 방식의 열 방출의 하나의 장점은, 열이 저온에서 방출되고, 따라서 프로세스의 전반적인 효율에 큰 악영향을 갖지 않는 다는 것이다.Water is pumped between the venturi scrubber 115 and the fin fan heat exchanger 100. Fin fan heat exchangers or other suitable facilities are other gas / liquid exchanges that take heat from the exhaust gas through a venturi scrubber and release the heat to air driven to flow through the heat exchanger 100 by one or more fans. . One advantage of heat dissipation in this manner is that heat is released at low temperatures and therefore does not have a significant adverse effect on the overall efficiency of the process.

대기로 열을 소비시키는 것에 대한 대안으로서, 핀 팬 교환으로부터 가열된 공기가 엔진내로 가열된 연소 공기(110)로서 직접 사용될 수 있으며, 그 경우에 약간의 압력이 팬으로부터 공기의 질량류에 대한 열 효과를 오프셋시키도록 적용될 수도 있다. 대기로 열을 소비시키는 것에 대한 다른 대안은, 열을 냉각 연못(cooling pond) 또는 신뢰성 있고 환경적으로 허용될 수 있는 방식으로 다량의 열을 방산시킬 수 있는 다른 물 시스템을 통해 열을 방산시키는 것이다.As an alternative to consuming heat to the atmosphere, the heated air from the fin fan exchange can be used directly as the heated combustion air 110 into the engine, in which case some pressure is applied to the heat for the mass flow of air from the fan. It may be applied to offset the effect. About heat dissipation into the atmosphere Another alternative is to dissipate the heat through a cooling pond or other water system that can dissipate large amounts of heat in a reliable and environmentally acceptable manner.

도 4a는 높은 물 복구 시스템에서 물을 복구하는 최종의 대형 배기 가스/연소 공기 교환기, 즉 콘덴서(116)를 예시한다. 높은 물 복구가 필요하지 않은 시스템에 있어서는 콘덴서(116)가 포함되지 않는다. 도 4b는 도 4a의 그것과 유사한 중간 물 복구 시스템을 예시하지만 콘덴서(116)는 생략되었다.4A illustrates the final large exhaust / combustion air exchanger, ie condenser 116, to recover water in a high water recovery system. Condenser 116 is not included in systems that do not require high water recovery. 4B illustrates an intermediate water recovery system similar to that of FIG. 4A but with the condenser 116 omitted.

최종의 (선택적) 콘덴서(116)는 벤츄리 세척제(115)로부터의 배기를 대략 50~60℃로부터 하강시켜 대기 온도인 약 5~20℃내로 냉각한다. 이러한 양만큼 온도를 저하시키는 것에 있어서, 플랜트로부터 복구되는 생성된 물은 현저히 증가된다. 발전 플랜트 외측의 용수 또는 재사용을 위한 물을 생성하는 것에 더하여, 콘덴서(116)로부터의 응축액이 발전 프로세스내에서 선택적으로 사용 가능할 수도 있다.The final (optional) condenser 116 lowers the exhaust from the venturi cleaner 115 from approximately 50-60 ° C. and cools it to about 5-20 ° C., an ambient temperature. In lowering the temperature by this amount, the resulting water recovered from the plant is significantly increased. In addition to producing water outside the power plant or water for reuse, condensate from the condenser 116 may be optionally available within the power generation process.

응축액은, HWL 교환기에서와 같이, 하류의 설비에서 유래하는 관련된 산도 및 NOX 형성을 감소시키기 위해 사전-처리된 연료와 주입될 수도 있다. 응축액은, 저장된 물에 대한 대안으로서 또는 저장된 물에 대해 추가하여 특정한 연료 혼합의 연소에서 사용될 물의 소스를 형성할 수도 있다. 또한, 콘덴서로부터의 더 상급의 물은, 음용수로 더 처리될 수도 있고, 또는 벤츄리 세척기에 의해 생성되는 용수 품질의 물에 그리고 벤츄리 세척기(115)와 핀 팬 열 교환기(100) 사이에 재순환을 위해 더해질 수도 있다. The condensate may be injected with pre-treated fuel to reduce the related acidity and NOx formation resulting from downstream equipment, such as in an HWL exchanger. The condensate may form a source of water to be used in the combustion of a particular fuel mix as an alternative to or in addition to stored water. Further, higher water from the condenser may be further treated with drinking water, or for recycling to water quality water produced by the venturi washer and between the venturi washer 115 and the fin pan heat exchanger 100. May be added.

배기를 냉각시키는 것으로부터의 열은 폐기되지 않고, 엔진(111)내로 유입 공기와 열교환될 수 있다. 재순환되는 폐열과 물이 프로세스 중에 생성되는 방출물과 요구되는 연료를 만드는 장점을 차치하고, 운와 열의 복구는 엔진 동작을 또한 안정화시키는 경향이 있다. 엔진으로의 더 차가운 공기는 더 많은 열이 복구될 수 있게 한다.The heat from cooling the exhaust is not discarded but can be heat exchanged with the inlet air into the engine 111. Apart from the benefits of recycling the waste heat and water produced during the process and the emissions required, the recovery of luck and heat also tends to stabilize engine operation. Cooler air to the engine allows more heat to be recovered.

도 3b는, 점화 개선제와 더불어 유입 공기를 훈증하지 않고, 엔진(111)으로 메탄올 연료를 생성하여 공급하기 위한 프로세스를 예시한다는 점에서 도 3a와는 상이하다. 제조 플랜트(101)로부터의 메탄올 연료는, 흡입 공기(110)가 예열되는, 엔진(111)과 직접 이용하기 위한 파이프라인 인프라스트럭처(103)를 통해 운반된다. 이러한 메탄올 스트림은 적어도 0.2%의 물과 같은, 낮은 레벨의 물을 함유할 수도 있다. 운반된 연료로부터 에테르를 플래시 분리하는 사전 처리는, 훈증제가 요구되지 않으므로, 불필요하다. 하지만, 연소를 위한 연료를 준비하기 위해 그리고/또는 발전 플랜트 외측에서 분리 사용하기 위해 에테르를 분리하기 위해 여전히 사전 처리가 이루어질 수도 있다. 도 3a에 관하여, 흡입 공기를 배기 열로 예열하는 스텝은 필수는 아니고 생략될 수 있다는 것이 또한 이해되어진다. 하지만, 엔진 효율을 향상시키고 방출물을 감소시키기 위해 배기 열을 이용하여 배기 미립자를 재순환시키는 것이 유용하다. 대안적으로, 벤츄리 세척제로부터 핀 팬으로의 물은 특히 유입 공기를 가열하는 목적을 위해 사용될 수 있다.FIG. 3B differs from FIG. 3A in that it illustrates a process for producing and supplying methanol fuel to engine 111 without fumigation of inlet air with an ignition improver. Methanol fuel from the manufacturing plant 101 is transported through the pipeline infrastructure 103 for direct use with the engine 111 where the intake air 110 is preheated. This methanol stream may contain low levels of water, such as at least 0.2% of water. Pretreatment for flash separation of ethers from the conveyed fuel is unnecessary since no fumigant is required. However, pretreatment may still be made to separate the ether for preparing fuel for combustion and / or for separate use outside the power plant. With regard to FIG. 3A, it is also understood that the step of preheating the intake air to the exhaust heat is not necessary and can be omitted. However, it is useful to recycle the exhaust particulates using exhaust heat to improve engine efficiency and reduce emissions. Alternatively, water from the venturi cleaner to the fin pan can be used especially for the purpose of heating the incoming air.

도 3b에 예시된 프로세스에 있어서, 흡입 공기는, 예컨대, 촉매 변환 스테이지에서와 같이, 후 연소 처리의 초반의 배기로부터 취해진 열로부터 또는 콘덴서(116)를 통해, 배기 가스로부터 전송되는 열을 이용하는 것을 포함하는 다양한 수단에 의해 예열될 수 있다. 대안적으로, 흡입 공기는, 전기 가열 요소, 글로우플러그에 의한 직접 가열 및 슈퍼 차져 또는 터보 차져의 방식과 같은 간접 가열을 포함하는 이 명세서에 설명된 다른 기술을 이용하여 예열된다.In the process illustrated in FIG. 3B, the intake air is adapted to utilize heat transferred from the exhaust gas, through the condenser 116 or from heat taken from the exhaust at the beginning of the post combustion process, such as in a catalytic conversion stage. It can be preheated by a variety of means including. Alternatively, the intake air is preheated using other techniques described herein, including electrical heating elements, direct heating by glowplugs and indirect heating, such as in the form of superchargers or turbochargers.

도 5a 및 5b는 이 명세서에서 설명된 기술 및 연료를 이용하는 발전의 개념이 철도 차량에 동력을 주는데 적용될 수 있는 방식을 예시한다. 도 5a 및 5b에서의 참조 번호들은 도 3a 및 3b에 관하여 사용된 동일 번호 및 항목에 상응한다. 엔진을 통한 연료의 사용 및 연료의 임의의 사전 처리(104)는 동일하다. 배기 공기는, 배기를 냉각시키고 연소 공기(110)를 가열시키는데 대기를 이용하는 제1 열 교환기(120)를 통해 촉매 변환기(112)를 나간 후에 냉각된다. 5A and 5B illustrate how the techniques described herein and the concept of power generation using fuel can be applied to power railroad cars. Reference numerals in FIGS. 5A and 5B correspond to the same numbers and items used with respect to FIGS. 3A and 3B. The use of fuel through the engine and any pretreatment 104 of fuel is the same. The exhaust air is cooled after exiting the catalytic converter 112 through the first heat exchanger 120, which uses the atmosphere to cool the exhaust and heat the combustion air 110.

철도 차량에 대한 배기 처리는 다른 배기 물질로부터 물을 분리하는 것에 있어서 HWL 프로세스의 그것과는 상이하다. 촉매 변환기를 나가는 배기 가스는, 물 콘덴서(123)를 통해 배기 가스로부터의 물의 리캡쳐(recapture)와 더불어 대기로의 청정한 뜨겁고 건조한 배기를 생성하기 위해 활성 알루미나 수 흡착 사이클(121) 및 활성 알루미나 수 전개 사이클(122)을 통해 패스된다. 리캡쳐된 물은 사전 처리 스테이지로 되돌려 공급될 수 있고 또는 비음용의 철도 차량 용도를 위해 사용될 수 있다. 활성 알루미나 사이클들을 나가는 더 차가운 건조한 배기는 철도 차량에 대해 가열 또는 냉각을 제공하기 위해 제2 열 교환기(124)를 통해 사용될 수 있다.Exhaust treatment for rail vehicles differs from that of the HWL process in separating water from other exhaust materials. The exhaust gas exiting the catalytic converter is activated alumina water adsorption cycle 121 and activated alumina water to generate a clean hot and dry exhaust to the atmosphere with water recapture through the water condenser 123. Passed through deployment cycle 122. The recaptured water can be fed back to the pretreatment stage or used for non-drinking rail vehicle applications. Cooler dry exhaust leaving the active alumina cycles may be used through the second heat exchanger 124 to provide heating or cooling to the railroad vehicle.

메탄올 플랜트(101)에서의 연료의 제조는 결국 하나의 실시예에서 철도 차량에 잠재적으로 저장되는 2 성분들이 될 것이다: (1) 정확한 NOX/성능 결과를 제공하도록 설계된 물 메탄올 혼합물, 및 (2) 분리 가압된 저장소내의 훈증제 성분. 철도 무게의 불리한 조건은 선적 무게의 불리한 조건에 비해 크지 않다.The production of fuel in the methanol plant 101 will eventually be two components potentially stored in a railroad car in one embodiment: (1) a water methanol mixture designed to provide accurate NOX / performance results, and (2) Fumigation component in a separate pressurized reservoir. The adverse conditions of railway weights are not large compared to the adverse conditions of shipping weights.

도 5b는, 도 3b와 유사하게, 훈증제를 사용하지 않고 예열에만 의존하는 철도 차량 발전 프로세스를 예시한다. 훈증제 없는 HWL 프로세스의 장점에 대한 동일한 언급이 도 5b에 관하여 기술되는 프로세스에 대하여 적용된다.FIG. 5B, similar to FIG. 3B, illustrates a railway vehicle power generation process that relies solely on preheating without the use of a fumigant. The same mention of the advantages of the HWL process without fumigant applies to the process described with respect to FIG. 5B.

도 6a 및 6b는 해상의 목적을 위해 그리고 예컨대 선박상에서 사용되는 발전 프로세스의 개념을 예시한다. HWL 발전 프로세스의 예와 유사하게, 선박에 대해 적합한 크기를 가진 메탄올 제조 플랜트는, 선박에 동력을 주는 하나 이상의 엔진(111)에 메탄올 기반의 연료를 공급하기 위해 선박상에 구비될 수 있다. 앞서의 예들과 유사하게, 도 6a는 흡입 공기내의 훈증제 점화 증강제를 이용하는 프로세스를 예시하고 도 6b는 훈증제 없는 프로세스를 예시한다. 프로세스는 대신 흡입 공기의 예열을 포함하거나 예열을 포함하지 않을 수 있다. 6A and 6B illustrate the concept of a power generation process used for maritime purposes and for example on a ship. Similar to the example of the HWL power generation process, a methanol manufacturing plant with a suitable size for the vessel may be provided onboard the vessel to supply methanol-based fuel to one or more engines 111 that power the vessel. Similar to the examples above, FIG. 6A illustrates a process using a fumigant ignition enhancer in intake air and FIG. 6B illustrates a process without a fumigant. The process may instead include preheating of intake air or no preheating.

해상 선박의 제1 열 교환기(120)는 더 차가운 대기를 이용하여 배기를 냉각한다. 그 배기의 일부는 가열 연소 공기(110)가 되도록 되돌려 재순환될 수 있다. 나머지 냉각된 배기는 그 다음에, 탱크와 선박 가열과 같은 선박의 필요를 위해 배기 열 복구를 최대화하기 위해서 탈염기(125) 및 다른 열 교환 설비로 패스된다. 탈염기는 해상 선박에 즉시 사용할 수 있는 염수의 용도를 만든다.The first heat exchanger 120 of the marine vessel uses a colder atmosphere to cool the exhaust. A portion of the exhaust can be recycled back to the heated combustion air 110. The remaining cooled exhaust is then passed to demineralizer 125 and other heat exchange facilities to maximize exhaust heat recovery for the needs of the vessel, such as tank and vessel heating. Demineralizers make use of brine ready for use in marine vessels.

이 명세서에서 설명된 프로세스와 연료와 관련된 일반적 장점은, 상기 설명된 응용들에서 사용되는 경우에, 에너지 및 자원이 한정된 집단 및 지역에 몇몇 이익의 동시의 배달을 가능케한다는 것이다. 특정한 장점들은 다음을 포함한다:A general advantage associated with the processes and fuels described in this specification, when used in the applications described above, is that energy and resources enable simultaneous delivery of several benefits to limited populations and regions. Specific advantages include:

Figure 112013056739211-pct00001
부적합성(예컨대 고함량 황)으로 인해 발달되지 않은 상태로 남을 수 있는 원격 자원의 발달.
Figure 112013056739211-pct00001
Development of remote resources that may remain undeveloped due to incompatibility (such as high sulfur content).

Figure 112013056739211-pct00002
CO2를 줄이기 위하여 효율적인 바이오매스 공동처리를 위한 심리스 옵션(seamless option)을 제공한다
Figure 112013056739211-pct00002
Provides a seamless option for efficient biomass co-treatment to reduce CO2

Figure 112013056739211-pct00003
바이오메스의 이른 공동사용은 기존 자원의 수명을 연장한다.
Figure 112013056739211-pct00003
Early joint use of biomass extends the life of existing resources.

Figure 112013056739211-pct00004
바람과 태양과 같은 기타 재생가능한 자원의 통합 또한 가능하다.
Figure 112013056739211-pct00004
Integration of other renewable resources such as wind and sun is also possible.

Figure 112013056739211-pct00005
열병합 발전(CHP) 또는 냉각 열병합 발전(CCHP) 기반에 대한 디멘드 센터(demand centre)에 전기를 공급한다.
Figure 112013056739211-pct00005
Supply electricity to demand centers for cogeneration (CHP) or refrigeration cogeneration (CCHP) bases.

Figure 112013056739211-pct00006
전력의 생산 단계로부터 일어나는 모든 비CO2 오염 물질을 실질적으로 제거한다.
Figure 112013056739211-pct00006
Substantially removes all non-CO2 contaminants resulting from the power generation stage

Figure 112013056739211-pct00007
가능한 최대로 자원으로부터 수소를 포집하고 이러한 자원이 디멘드 센터에 의해 사용되기 위해 물로 전환한다(1 부분 수소는 산소와 반응하여 중량당 9 파트의 물로 변환한다). 이러한 장치에서, 연료 전달 메커니즘은 임의의 경우에 스스로 자체 수송 비용을 차지할 것이므로, 화석 연료 자원은 또한 잠재적인 "프리 캐리" 효과를 갖는 수자원으로서 부분적으로 여겨질 수도 있다. 이러한 수자원은 활성화 암모니아 또는 다른 적합한 흡수성 물질 또는 기술로 처리되어서 뜨거운 엔진 배기가스를 처리하는 촉매 변환기를 통과하는 브레이크스루(breakthrough)를 제거할 것이다.
Figure 112013056739211-pct00007
Capture hydrogen from the resources as much as possible and convert these resources into water for use by demand centers (one partial hydrogen reacts with oxygen and converts to nine parts of water per weight). In such a device, the fossil fuel resource may also be considered partly as a water resource with a potential "free carry" effect, since the fuel delivery mechanism will in any case take its own transport costs. This water source will be treated with activated ammonia or other suitable absorbent material or technology to remove breakthrough through the catalytic converter to treat hot engine exhaust.

Figure 112013056739211-pct00008
가열과 냉각을 목적으로, 배기가스를 가열하고 열을 위한 로컬 디멘드 센터로 열 에너지의 주 공급원을 교환하는 온수 루프(HWL)에 의해 지역 집단에 폐열(waste heat)를 제공한다. 본 명세서에 기재된 기술을 활용한 것으로부터의 정화된 배기가스는 마켓에 대한 발전의 근접성, 즉 특히 석탄 화력 생성에 일반적으로 드물게 이용가능한 특성을 허용한다.
Figure 112013056739211-pct00008
For heating and cooling purposes, waste heat is provided to the community by a hot water loop (HWL) that heats the exhaust and exchanges a major source of thermal energy to a local demand center for heat. Purified exhaust gases from utilizing the techniques described herein allow for the proximity of power generation to the market, ie the characteristics that are generally rarely available, especially in coal-fired power generation.

Figure 112013056739211-pct00009
물과 열의 효과적으로 복구. 다른 열 전달 접근방법이 상승된 복구를 갖되 증가된 비용으로 사용될 수 있고, 연소 공기는 (도 3a 및 도 3b의 예시에서) 핀 팬 쿨러 이전에 예컨대 순환수에 의해 선택적으로 가열될 수 있다.
Figure 112013056739211-pct00009
Effective recovery of water and heat. Other heat transfer approaches may be used with increased recovery but at increased cost, and the combustion air may be selectively heated (eg by circulating water) prior to the fin fan cooler (in the example of FIGS. 3A and 3B).

Figure 112013056739211-pct00010
다량의 - 사용된 메탄올의 톤 당 0.7 내지 1 톤의 관개수 또는 경제적인 그리고 기술적인 배경에서 타당할 경우 더 많은 양의 - 물의 회수가 이뤄지고, .
Figure 112013056739211-pct00010
Large amounts of irrigation-0.7 to 1 tonnes of tonnes of methanol used, or even higher amounts of water are recovered if justified from an economic and technical background.

Figure 112013056739211-pct00011
지역 집단이 직접 사용하기 위한 pH 중성 관개용수를 제공한다.
Figure 112013056739211-pct00011
Provide pH neutral irrigation water for direct use by the local population.

Figure 112013056739211-pct00012
산을 중화하고 미립자를 낮은 레벨로 제거하는 물세척 배기가스를 제공한다. 배기가스의 SOX 및 탄화수소와 같은 다른 오염물질 또한 줄어들 것이다.
Figure 112013056739211-pct00012
It provides a water wash exhaust that neutralizes the acid and removes particulates at low levels. Other pollutants such as SOx and hydrocarbons in the exhaust will also be reduced.

물 생성 장치를 갖는 본 명세서에 기재된 기술, HWL 열 집적 및 방출 결과는 엔진 효율성의 면에서 대가를 치를 것이며, 그러나 이러한 측면은 공급 체인 이익 및 상기 언급된 이익에 의해 상쇄되는 것으로 다수의 경우 예측된다.The techniques described herein with water generating devices, HWL thermal integration and emission results will be costly in terms of engine efficiency, but in many cases this aspect is predicted to be offset by supply chain benefits and the aforementioned benefits. .

예시example

예시 1: 압축 점화 엔진을 위한 메탄올 물 연료 조성물을 조사하기 위한 실험 프로그램Example 1: Experimental Program for Investigating Methanol Water Fuel Composition for Compression Ignition Engines

1.1 요약1.1 Summary

이 보고서는 압축 점화 엔진의 상이한 메탄올 기반 연료의 성능 및 엔진 아웃 방출에 대하여 멜버른 대학교가 실험 프로그램에 착수한 동안 얻은 결과를 요약한 것이다.The report summarizes the results obtained while the University of Melbourne undertook an experimental program on the performance and engine out emissions of different methanol-based fuels in compressed ignition engines.

테스트가 이뤄진 연료는 메탄올, 물, 디메틸에테르(DME) 및 디에틸에테르(DEE)의 혼합물이다. 메탄올이 평소에 압축 점화 연료가 아니므로, 2개의 점화 프로모터가 사용된다. 제 1 프로모터는 유입 공기 예열기로 구성된다. 엔진 유입 공기를 150도씨(부여된 안전 한계)까지 가열함으로써, 더 높은 온도는 압축 행정의 종료에 도달하고, 이 지점에서 주요 연료 충전물이 주입된다. 일부 경우에, 이러한 온도는 주입된 연료의 압축 점화가 일어날 정도로 높다.The fuel tested was a mixture of methanol, water, dimethyl ether (DME) and diethyl ether (DEE). Since methanol is not usually a compressed ignition fuel, two ignition promoters are used. The first promoter consists of an inlet air preheater. By heating the engine inlet air to 150 degrees Celsius (an imposed safety limit), the higher temperature reaches the end of the compression stroke, at which point the main fuel charge is injected. In some cases, this temperature is high enough to cause compression ignition of the injected fuel.

점화를 촉진하기 위한 제 2 시스템은 가스상 디메틸에테르(DME)를 엔진의 유입 포트로 연속적으로 주입하는 것을 포함한다. DME는 상대적으로 낮은 점화 온도 및 높은 세탄가(cetane number)를 가지므로, 공기/훈증제 혼합물로서 DME 자동 점화가 압축 스트로크 동안 압축되어서 결국 주 연료 전하를 점화할 수 있는 열 에너지를 방출한다.A second system for promoting ignition includes continuously injecting gaseous dimethyl ether (DME) into the inlet port of the engine. Since the DME has a relatively low ignition temperature and a high cetane number, the DME automatic ignition as an air / smoker mixture is compressed during the compression stroke, releasing thermal energy that can eventually ignite the main fuel charge.

인하우스 빌트 모터링/흡수 동력계 설비에 장착된 변형된 1D81 Hatz, 단일 실린더 디젤 엔진이 테스트된다. 변형되지 않은 상태에서, 이러한 자연 유입 공기 엔진은 약 670cc 볼륨의 단일 실린더로부터의 10kW까지의 축 동력을 생성한다. 최고 엔진 효율성은 기본적 물리 법칙으로 인한 엔진 크기와 함께 상승하는 것이 엔진 집단에서 일반적으로 알려져 있으므로, 테스트된 모든 연료들의 절대적 성능은 더 큰 엔진에서 더욱 적합할 가능성이 크다.A modified 1D81 Hatz, single cylinder diesel engine mounted in an in-house built motoring / absorption dynamometer installation is tested. In its unmodified state, this natural inlet air engine produces up to 10 kW of axial power from a single cylinder of about 670 cc of volume. Since the highest engine efficiency rises with engine size due to fundamental physical laws, it is generally known in the engine community that the absolute performance of all the fuels tested is likely to be more suitable for larger engines.

이와 같이, 현재 테스트 프로그램에서 디젤이 아닌 연료의 엔진 성능은 이 엔진에 대한 디젤 연료식 결과에 관련하여 비춰지는 것으로 고려된다. 구체적으로, 이러한 엔진에서 디젤에 관련하여 주어진 대안적인 연료로 비슷하거나 더 나은 성능이 성취될 경우, 이러한 상대 능력은 더 큰 엔진에서 또한 성취될 수 있는 가능성이 있다. 물론 주어진 엔진에 주어진 연료의 절대적인 성능은 추가 최적화를 요하고 이것은 엔진 성능을 개선해야 한다.As such, the engine performance of non-diesel fuel in the current test program is considered to be reflected in relation to the diesel fuel results for this engine. In particular, if similar or better performance is achieved with an alternative fuel given in relation to diesel in such an engine, this relative capability is likely to be also achieved in larger engines. Of course, the absolute performance of a given fuel for a given engine requires further optimization, which should improve engine performance.

이러한 실험 프로그램으로부터의 일반적인 관찰은 아래와 같다.General observations from this experimental program are as follows.

1. 훈증된 엔진 테스트1. Fumigation Engine Testing

이 테스트 결과는 더욱 효율적인 동작 조건에서, 훈증된 엔진이 디젤 엔진과 비슷한 효율에, 그 보다 더 낮은 NO 방출 및 더 적은 미립자 방출을 생성하는 것을 보여준다.The test results show that, under more efficient operating conditions, the fumigation engine produces less NO emissions and less particulate emissions, with similar efficiency as diesel engines.

2. 가열된 유입 공기 테스트2. Heated Inlet Air Test

이 테스트 결과는 엔진 아웃 NO 방출이 디젤 엔진과 비교할 만하다는 것을 보여준다. 훈증된 엔진이 작동하면서 디젤 엔진보다 더 적은 미립자 방출이 다시 관찰된다. 추가 작업은 이러한 작동 모드에서 엔진의 효율성을 개선하기 위해 요구된다.The test results show that engine out NO emissions are comparable with diesel engines. As the fumigation engine operates, fewer particulate emissions are observed again than diesel engines. Further work is required to improve the efficiency of the engine in this mode of operation.

1.2 실험 방법1.2 Experimental Method

이러한 테스트는 인하우스 빌트 모터링/흡수 동력계 설비에 장착된 변형된 1D81 Hatz, 단일 실린더 디젤 엔진에 관하여 수행된다. 도 10은 설비를 위한 처리 계장도를 나타낸다. 변형되지 않은 엔진 규격은 아래의 표 1에서 상세히 기재된다. 이러한 규격은 엔진 테스트 동안 변경되지 않는다.These tests are performed on a modified 1D81 Hatz, single cylinder diesel engine mounted in an in-house built motoring / absorption dynamometer installation. 10 shows a process instrumentation diagram for a facility. Unmodified engine specifications are detailed in Table 1 below. These specifications do not change during engine testing.

엔진의 변경사항은 이하와 같이 구성된다.The change of engine is comprised as follows.

Figure 112013056739211-pct00013
기계적인 연료 인젝터 및 연료 펌프를 솔레노이드 구동 주입 시스템 및 별도 연료 펌프 및 주입 시스템으로 교체.
Figure 112013056739211-pct00013
Replace mechanical fuel injectors and fuel pumps with solenoid driven injection systems and separate fuel pumps and injection systems.

전자적으로 명령된 공통 디젤 인젝터가 시스템에 연료를 공급하기 위해 사용된다. 이러한 인젝터(보쉬, 0 445 110 054-RE 모델)는 변형되지 않은 엔진의 인젝터보다 훨씬 큰 용적 유량을 전달하여, 표 2에서 연료를 포함하는 가장 많은 물이 디젤 및 순수 메탄올 연료 모두와 같이 동일한 공기/연료 비를 성취하는 동안 전달될 수 있다.An electronically commanded common diesel injector is used to fuel the system. These injectors (Bosch, model 0 445 110 054-RE) deliver much larger volume flow rates than injectors in unmodified engines, so that the most water containing fuel in Table 2 is the same air as both diesel and pure methanol fuels. Can be delivered while achieving the fuel ratio.

이러한 인젝터는 이러한 엔진을 위해 더 커지기 때문에, 변형되지 않은 엔진과 동일한 디젤 연료로 동작할 때 엔진 성능상의 상당한 감소를 야기한다. 결과적으로, 표 2에 리스팅된 대안적인 연료를 테스트하기 위한 적절한 참조는 디젤로 동작하는 동일하고 변형된 시스템이고, 이 결과는 표 3, 4 및 표 5에 리스팅된다. 추가 테스트에서, 구체적으로 저함수율을 갖는 연료는 더 작은 인젝터의 사용을 가능하게 하여 엔진 성능의 상당한 발전을 가능케 할 것이다.Since these injectors are larger for these engines, they cause a significant reduction in engine performance when operating with the same diesel fuel as an unmodified engine. As a result, a suitable reference for testing the alternative fuels listed in Table 2 is the same and modified system operating with diesel, and the results are listed in Tables 3, 4 and 5. In further testing, specifically fuels with low water content will enable the use of smaller injectors and will allow for significant advances in engine performance.

도 10은 연료가 압축된 저장 용기내에 믹스되어서 DME가 엔진으로의 주입 이전에 가스 단계로 변이하지 않는 것을 도시한다. 이러한 용기는 테스트 동안 항상 5 bar 내지 10 bar 사이에 있다. 이러한 용기에서 나오는 액체 연료는 엔진으로 주입되기 전에 800 bar까지 공기 구동 펌프, Haskel에 의해 압축된다. 고압 어큐뮬레이터(accumulator)는 연료 라인 압력이 테스트 동안 일정하게 지속되는 것을 보장하기 위해 사용된다.FIG. 10 shows that the fuel is mixed in a compressed reservoir so that the DME does not transition to a gas stage prior to injection into the engine. This container is always between 5 bar and 10 bar during the test. Liquid fuel from these containers is compressed by an air driven pump, Haskel, up to 800 bar before being injected into the engine. A high pressure accumulator is used to ensure that the fuel line pressure remains constant during the test.

연료 유량은 압축된 저장 용기를 부하 셀에 서스펜드하고, 각각의 테스트 동안 용기의 질량의 변화의 비율을 측정함으로써 측정된다.
The fuel flow rate is measured by suspending the compressed storage vessel to the load cell and measuring the rate of change of the mass of the vessel during each test.

Figure 112013056739211-pct00014
유입 매니폴드의 연장.
Figure 112013056739211-pct00014
Extension of the inlet manifold.

이것은 유입 공기 예열기와 DME 훈증제 유입을 연결하기 위해 수행된다.This is done to connect the inlet air preheater with the DME fumigant inlet.

양쪽 시스템은 주요 연료 차지의 점화 프로모터로서 사용된다.
Both systems are used as ignition promoters for the main fuel charge.

Figure 112013056739211-pct00015
모든 방출 분석 시스템을 연결하기 위한 배기 매니폴드의 연장.
Figure 112013056739211-pct00015
Extension of the exhaust manifold to connect all emission analysis systems.

Figure 112013056739211-pct00016
키스틀러 압전 압력 측정기.
Figure 112013056739211-pct00016
Kistle Piezoelectric Pressure Meter.

실린더내 압력을 기록하기 위한 엔진의 실린더 헤드에 설치됨.
Installed on the cylinder head of the engine to record the pressure in the cylinder.

Figure 112013056739211-pct00017
모든 테스트를 위한 쉘 헬릭스 레이싱 10W60 오일을 사용.
Figure 112013056739211-pct00017
Shell Helix Racing 10W60 oil for all tests.

이것은 합성유이다.
This is a synthetic oil.

배기가스 방출은 다수의 독립 시스템을 사용하여 분석된다.
Emissions are analyzed using a number of independent systems.

Figure 112013056739211-pct00018
MAHA 미립자상 물질 미터.
Figure 112013056739211-pct00018
MAHA particulate matter meter.

이러한 장치는 엔진 베기가스의 미립자상 물질의 중량을 측정한다.
Such a device measures the weight of particulate matter in the engine waste gas.

Figure 112013056739211-pct00019
보쉬 UEGO 센서.
Figure 112013056739211-pct00019
Bosch UEGO Sensors.

이것은 공기 연료 비율을 측정하는 생산 장치이다. 이것이 수소 연료를 위해 발달되는 동안, ADS9000 방출 벤치로부터의 측정된 공기-연료 비율과의 비교는, 이것이 60% 함수량보다 더 큰 함량을 갖는 다른 연료들보다 테스트된 모든 연료에 적합하게 기능하는 것을 증명한다(도 4).
This is a production device that measures the air fuel ratio. While this is being developed for hydrogen fuels, a comparison with the measured air-fuel ratio from the ADS9000 emission bench demonstrates that it functions better for all fuels tested than other fuels with a content greater than 60% water content. (FIG. 4).

Figure 112013056739211-pct00020
ADS9000 방출 벤치.
Figure 112013056739211-pct00020
ADS9000 Emission Bench.

이것은 공기-연료 비율을 측정하는 생산 장치이다. 이 장치가 수소 연료를 위해 발달되는 것에 반하여, ADS9000 방출 벤치로부터의 측정된 공기-연료 비율에 비해 이것은 50% 함수량보다 큰 함수량을 갖는 모든 테스트된 연료에 적합한 기능을 하는 것으로 나타난다(도 4).
This is a production device for measuring the air-fuel ratio. Whereas the device is developed for hydrogen fuel, compared to the measured air-fuel ratio from the ADS9000 emission bench, it appears to function well for all tested fuels with a water content greater than 50% water content (FIG. 4).

Figure 112013056739211-pct00021
ADS9000 방출 벤치
Figure 112013056739211-pct00021
ADS9000 Emission Bench

이 장치는 NO의 엔진 아웃 방출을 측정한다. 샘플링 이전에, 배기가스 샘플은 가열되지 않은 라인과 워터 트랩을 통과하여 샘플링된 가스의 함수량이 대기 조건에서 포화될 정도가 되어야 한다. ADS9000는 먼저 교정되고(calibrate) 테스트 프로그램을 사용하는 동안 모든 측정된 용량을 위한 교정 가스 및 가스 디바이더를 사용한다.
This device measures the engine out emission of NO. Prior to sampling, the exhaust gas sample must pass through the unheated line and the water trap so that the water content of the sampled gas is saturated at ambient conditions. The ADS9000 first uses a calibration gas and gas divider for all measured capacities while calibrating and using the test program.

Figure 112013056739211-pct00022
Gasmet FTIR 방출 분석기.
Figure 112013056739211-pct00022
Gasmet FTIR emission analyzer.

이 장치는 적절한 교정 가스를 이용하여 교정되고 서플라이어의 지시에 따라 고순도 질소로 0에 맞춰진다.
The device is calibrated with an appropriate calibration gas and zeroed with high purity nitrogen as directed by the supply.

각각의 연료는 2000rpm의 정상 상태 속도 및 2의 람다값(즉, 100% 초과 공기)에서 테스트된다. 변형되지 않은 엔진은 대략 1.5의 람다에서 동작한다. 순수한 메탄올로 람다 1.5에서의 제 1 테스트는 어떤 경우에서든 오버 어드밴스드 주입으로 인한 엔진 고착을 야기하므로 리너 동작이 선택된다. 추가 엔진 고착이 람다 2에서 생긴다.Each fuel is tested at a steady state speed of 2000 rpm and a lambda value of 2 (ie 100% excess air). The unmodified engine runs at approximately 1.5 lambdas. The first test in lambda 1.5 with pure methanol causes the engine to stick due to over advanced injection in any case, so the liner operation is chosen. Additional engine fixation occurs in lambda 2.

전체 테스트 엔진 절차는 이하와 같다.The overall test engine procedure is as follows.

1. 가열된 유입 동작(run)1. Heated run run

유입 공기는 150도씨로 먼저 상승된다.The incoming air is first raised to 150 degrees Celsius.

주입 기간은 2의 람다 값으로 설정되고 주입 시작은 상사점(top dead center)에 설정된다.The injection period is set to a lambda value of 2 and the injection start is set at the top dead center.

엔진이 동작하고 양의 엔진 토그가 더는 지속되지 않을 때 가지 가열기 제어기는 유입 온도로르 감소시킨다. 가열기 유입 컨트롤러는 이어서 동작이 중단될 때 더 높은 온도로 유입 온도를 설정한다.The branch heater controller reduces the inlet temperature when the engine is running and the positive engine torque is no longer sustained. The heater inlet controller then sets the inlet temperature to a higher temperature when the operation stops.

주입의 시작은, 엔진 토크가 소위 '최대 제동 토크(MBT)'에 도달할 때 까지 일정 엔진 속도를 유지하는 동력계 컨트롤러에 의해 시작한다. MBT는 지속 엔진 속도 및 공기/연료 비율에서 가장 효율적인 동작 조건이다.The start of injection is started by a dynamometer controller that maintains a constant engine speed until the engine torque reaches the so-called 'maximum braking torque (MBT)'. MBT is the most efficient operating condition for sustained engine speed and air / fuel ratio.

생성된 주입 타이밍(시작 및 기간) 및 다른 측정된 수량이 동작 조건에서 기록된다.The resulting injection timing (start and duration) and other measured quantities are recorded under operating conditions.

2. 훈증된 유입 동작2. Fumigation Inflow Behavior

엔진이 높은 DME 유속을 갖는 스무스한 러닝 조건에서 설정된다.The engine is set under smooth running conditions with high DME flow rates.

주요 연료 주입 기간은 2의 람다 값으로 설정되고 주입 타이밍의 시작은 상사점에에서 설정된다.The main fuel injection period is set to a lambda value of 2 and the start of the injection timing is set at top dead center.

DME 유속은 제동 토크가 최대에 도달할 때까지 일정 람다를 유지하기 위하여 주요 연료 유속이 상승하는 동안 감소된다.The DME flow rate is reduced while the main fuel flow rate is increased to maintain a constant lambda until the braking torque reaches its maximum.

주입 시작 타이밍은 필요시 람다를 유지하기 위하여 주요 연료 유속을 조정하기 위하여 지속되는 동안 MBT 타이밍이 성취될 때 까지 진행된다.Injection start timing proceeds until MBT timing is achieved while continuing to adjust the main fuel flow rate to maintain the lambda if necessary.

생성된 주입 타이밍(시작 및 기간) 및 다른 측정된 수량이 동작 조건에서 기록된다.The resulting injection timing (start and duration) and other measured quantities are recorded under operating conditions.

3. 디젤 엔진 동작3. diesel engine operation

주입 시작 타이밍은 주입 기간을 통해 람다를 2로 유지하는 동안 MBT에 대해 진행된다.Injection start timing proceeds for the MBT while keeping the lambda at 2 throughout the injection period.

연료의 규격은 이하와 같다.The specification of fuel is as follows.

메탄올 순도 99.8% +Methanol Purity 99.8% +

탈이온수 순도 99.8% +Deionized Water Purity 99.8% +

디메틸에테르(DME) 순도 99.8% +Dimethyl ether (DME) purity 99.8% +

디에틸에테르(DEE) 순도 99.8% +
Diethyl ether (DEE) purity 99.8% +

1.3 결과1.3 Results

테스트 작업의 결과는 아래의 표에서 표시된다.
The test results are shown in the table below.

Figure 112013056739211-pct00023

Figure 112013056739211-pct00023

Figure 112013056739211-pct00024

Figure 112013056739211-pct00024

Figure 112013056739211-pct00025

Figure 112013056739211-pct00025

Figure 112013056739211-pct00026

Figure 112013056739211-pct00026

Figure 112013056739211-pct00027
Figure 112013056739211-pct00027

Figure 112013056739211-pct00028

Figure 112013056739211-pct00028

Figure 112013056739211-pct00029

Figure 112013056739211-pct00029

Figure 112013056739211-pct00030

Figure 112013056739211-pct00030

Figure 112013056739211-pct00031

Figure 112013056739211-pct00031

Figure 112013056739211-pct00032
Figure 112013056739211-pct00032

1.5 추가 테스트 작업1.5 Additional Test Tasks

추가 테스트 작업은 추가 연료 및 훈증제 결합을 분석하기 위해 수행되고, 이 테스트의 결과는 아래의 표 11 및 표 12에 요약된다. 주목할 점은 이하와 같다:Additional test work is performed to analyze additional fuel and fumigant combinations, the results of which are summarized in Tables 11 and 12 below. Note the following:

Figure 112013056739211-pct00033
전체적으로, 1000 rpm에서의 엔진 효율성은 더 높은 엔진 속도에서의 동일하거나 유사한 연료보다 낮다. 이것은, 변형되지 않은 Hatz 엔진이 약 2000 rpm에서 최대 효율을 가지고 이것이 기대되는 점을 기반으로 한다. 더 낮은 rpm에서의 최대 효율을 위해 고안된 더 큰 엔진이 사용되는 경우 연료를 사용하는 효율이 개선된다.
Figure 112013056739211-pct00033
Overall, engine efficiency at 1000 rpm is lower than the same or similar fuel at higher engine speeds. This is based on the fact that an unmodified Hatz engine has maximum efficiency at about 2000 rpm and this is expected. Fuel efficiency is improved when larger engines designed for maximum efficiency at lower rpm are used.

Figure 112013056739211-pct00034
ADS9000 장치를 사용하는 NO 방출은 이러한 테스트 프로그램 동안 이러한 감지기의 실패로 인하여 존재하지 않는다.
Figure 112013056739211-pct00034
NO emissions using the ADS9000 device do not exist due to the failure of these detectors during this test program.

Figure 112019026854728-pct00035
연료 인젝터는 25회차 테스트를 실패한다. 실패가 테스트에서 늦었으므로 이러한 테스트에 기록된 데이터는 여전히 타당한 것으로 보이며, 따라서 이 부록에 포함되었다. 주목할 것은 25 회차 및 27회차의 비교 성능으로, 첨가제를 제외하고는 매우 유사한 주 연료 조성물을 가진다.
Figure 112019026854728-pct00035
The fuel injector fails test 25 times. Because the failure was late in the test, the data recorded in these tests still seem to be valid and therefore included in this appendix. Of note is the comparative performance of rounds 25 and 27, with very similar main fuel compositions except for the additives.

Figure 112013056739211-pct00036

Figure 112013056739211-pct00036

Figure 112013056739211-pct00037

Figure 112013056739211-pct00037

Figure 112013056739211-pct00038

Figure 112013056739211-pct00038

Figure 112013056739211-pct00039
Figure 112013056739211-pct00039

Figure 112013056739211-pct00040
Figure 112013056739211-pct00040

Figure 112013056739211-pct00041

Figure 112013056739211-pct00041

1.5 연료 조성물에서의 % 용적 및 % 질량간의 비교표1.5 Comparison table between% volume and% mass in fuel composition

1.1 내지 1.4에서 간략하게 기재된 테스트 결과의 표는 용적로 측정된 주요 연료 조성물의 상대량을 기반으로 한다. 이하의 표 13 및 표 14는 연료 조성물에 대한 % 용적 및 % 무게 사이의 전환이 생성되는 것을 가능하게 한다.The table of test results briefly described in 1.1 to 1.4 is based on the relative amounts of the main fuel compositions measured in volume. Tables 13 and 14 below enable the conversion between% volume and% weight for the fuel composition to be produced.

Figure 112013056739211-pct00042
Figure 112013056739211-pct00042

Figure 112013056739211-pct00043

Figure 112013056739211-pct00043

1.6 섹션 1.1 내지 1.5에서 보고된 테스트 결과에 대한 관찰.1.6 Observation on the test results reported in sections 1.1 to 1.5.

물 및 에테르에 DME 훈증제 추가:Adding DME Fumigation to Water and Ether:

상기 보고된 작업은 메탄올에 유용한 추가물질이 되는 일정 핵심 특성을 물이 가졌음을 증명한다:The reported work demonstrates that water has certain key properties that make it a useful additive to methanol:

1. 한 지점까지 연소가능한 메탄올 연료로 주입될 경우, 효율성이 하락하지는 않고 적정 포인트까지 되려 상승하며, 다음으로 물의 비율이 상승을 지속하는 동안 감소한다. 이것은 이하의 요소와 같은 연소 요소로 인한 효율성의 상승이 출원인에 의해 상정된다:1. When injected into combustible methanol fuel up to one point, the efficiency does not fall but rises to an appropriate point, and then the proportion of water decreases while continuing to rise. This is assumed by the applicant of the increase in efficiency due to combustion elements such as:

a. 방사율 및 흡수 계수와 같은 물의 스펙트럼 특성은 가열 (예를 들면, 적외선 IR) 밴드에 걸쳐 메탄올에 비해 우수하고, 이것은 방사열이 혼합된 연료 및 물의 액적으로 흡수되는 것을 돕는데, 이는 메탄올이 고속의 열 흡수를 공유하고 먼저 증발할 것이므로, 메탄올은 가속된 속도로 액적으로부터 증발하기 때문이다.a. The spectral properties of water, such as emissivity and absorption coefficient, are superior to methanol over the heating (e.g. infrared IR) band, which helps the radiant heat to be absorbed into droplets of fuel and water mixed with methanol, which allows methanol to absorb high speed heat. This is because methanol will evaporate from the droplets at an accelerated rate because it will share and evaporate first.

물의 방사율은 문헌에서 보고된 바와 같이 0.9 내지 1.0 이고, 이것은 거의 적외선 방사선에 대한 흑체이고, 메탄올은 거의 0.4에서 그의 절반 이하이다.The emissivity of water is from 0.9 to 1.0 as reported in the literature, which is a black body for near infrared radiation and methanol is almost 0.4 to less than half thereof.

b. 물의 열적 전도성은 메탄올보다 크다.b. The thermal conductivity of water is greater than that of methanol.

c. 물의 열적 확산율은 메탄올보다 크다.c. The thermal diffusion rate of water is greater than that of methanol.

d. 상기 포인트 b 및 c는 물의 존재로 인한 액적 내의 열의 더 큰 전달을 야기하고, 액적이 줄어드는 만큼 메탄올 농도가 감소하므로 액상 메탄올을 가스로 전환하는 것을 다시 가속화한다.
d. The points b and c cause a greater transfer of heat in the droplets due to the presence of water and again accelerate the conversion of liquid methanol to gas since the methanol concentration decreases as the droplet is reduced.

Figure 112013056739211-pct00044

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2. 상기 보고된 작업은 훈증제에 의한 적절한 양의 점화 보조로 고레벨의 물에서도 동작할 때 이것의 스무스한 동작의 시연을 통해 물 메탄올 연료의 생존력의 증거를 제공한다. 상기 보고된 작업으로부터 얻어진, 도 7에서 표시된 데이터로부터, 함수량이 주요 연료 조성물의 약 12 중량% 내지 23 중량%의 범위일 때 성취된 단열 효율성의 정점이 존재하는 것을 보여준다. 개선된 BTE의 영역은 2% 내지 32%의 함수량에 대한 것이고, DME 훈증제로 약 16-18%에 가까운 영역에서 최적의 결과가 성취된다. 이것은 놀라운 결과이다. 연소실에 이러한 높은 레벨의 물을 주입하는 것이 압축 점화 엔진이 IMEP의 COV에 의한 수용가능한 동작으로 동작하는 것을 가능케 하는 것은 예상하지 못했다.(표시된 중간 유효 압력의 변화의 계수)2. The reported work provides evidence of the viability of water methanol fuel through the demonstration of its smooth operation when operating even at high levels of water with an adequate amount of ignition assistance by a fumigant. The data indicated in FIG. 7, obtained from the above reported work, show that there is a peak of adiabatic efficiency achieved when the water content is in the range of about 12% to 23% by weight of the main fuel composition. The area of improved BTE is for water content of 2% to 32% and optimal results are achieved in areas close to about 16-18% with DME fumigants. This is a surprising result. Injecting such high levels of water into the combustion chamber was not expected to allow the compression ignition engine to operate in an acceptable operation by the COV of the IMEP (coefficient of change in the medium effective pressure indicated).

상기 보고된 실험 데이터로부터, 대부분의 경우의 더 낮은 랭킹 BTE 퍼포머는 희석되지 않은 메탄올이고, 4-9% 무게 범위의 DME를 포함한 혼합물에 의해 우수한 성능이 얻어진다.From the experimental data reported above, in most cases the lower ranked BTE performer is undiluted methanol and excellent performance is obtained with a mixture comprising DME in the 4-9% weight range.

함수량이 먼저 언급된 DME의 양을 포함하는 연료에서 약 30 중량% 이상을 초과하면, 효율성은 연료가 열이 존재하지 않음으로써 연소되어서 일정하게 유지되는 레벨로 다시 하락한다.If the water content exceeds about 30% by weight or more in the fuel containing the amount of DME mentioned earlier, the efficiency falls back to the level where the fuel is burned and kept constant by the absence of heat.

부분적으로 더 높은 배수 함량으로 인한 절반의 효율성에도 불구하고 배기 약 70%의 연료가 엔진에서 연소되는 것이 주목된다.It is noted that about 70% of the fuel is burned in the engine despite half the efficiency due in part to the higher drainage content.

도 8은 무게 %의 에테르 함량 및 연료의 결과적인 BTE의 그래프를 나타낸다. 괄호(})는 연료 조성물의 에테르 구성요소로서 디에틸에테르의 사용과 관련한 포인트를 표시하기 위해 사용되는 반면에 다른 분할된 지점에서 사용된 에테르는 디메틸 에테르이다. 도 8은 희석되지 않은 메탄올 케이스에 비해 약 16% 함수량에서의 액체 상태로 4% DME를 도입함으로써 일부 1.5%의 BTE의 상승을 표시한다. 일반적으로, 파선에 의해 표시된 박스 내의 에테르의 양의 사용을 통해 제공되는 이 결과는 주요 연료 조성물에 대한 장점을 제공한다. 10% 레벨 이상의 에테르 함량을 증가하는 것은 상응하는 처리 개선 및 장점 없이 추가 비용을 생성한다.8 shows a graph of the ether content in weight percent and the resulting BTE of fuel. Brackets (}) are used to indicate points relating to the use of diethyl ether as the ether component of the fuel composition, while the ether used at the other split point is dimethyl ether. FIG. 8 shows an increase of some 1.5% of BTE by introducing 4% DME in the liquid state at about 16% water content relative to the undiluted methanol case. In general, this result provided through the use of the amount of ether in the box indicated by the dashed line provides an advantage over the main fuel composition. Increasing the ether content above the 10% level creates additional costs without corresponding treatment improvements and advantages.

낮은 수위에서, 4%에 비해 16% DME의 이익은 적으며, 4% DME는 약 6보다 높은 함수량에서 16% DME를 능가한다. 약 8 중량% DME는 함수량 범위 전체에서 4% DME보다 약간 더 높은 BTE을 갖고, 연료에서 0.3% 내지 최대 약 36% 물의 평균을 내는 것이 차이점이다.At low levels, the profit of 16% DME is small compared to 4%, and the 4% DME outperforms 16% DME at a water content higher than about 6. The difference is that about 8% by weight DME has a slightly higher BTE than 4% DME throughout the water content range, averaging 0.3% up to about 36% water in the fuel.

저수 범위의 더 약한 BTE를 보이는 연료의 디에틸에테르(DEE, 괄호친 지점)는 니트(neat) 메탄올과 유사하지만, 약 25%의 DEE 이상으로 증가한 연료의 함수량은 DME의 함수량에 맞추기 위해 이것의 성능을 개선한다.Diethyl ether (DEE, parenthesis) of fuels with weaker BTE in the low water range is similar to neat methanol, but the water content of the fuel increased above about 25% DEE to match the moisture content of the DME. Improve performance

단열 효율성에 있어서, DEE는 휘발성이나 수증기압과 같은 다른 요인이 지배하지 않을 경우 메탄올 물 연료의 DME 이전에 선택될 수 없다.In terms of adiabatic efficiency, the DEE cannot be selected before the DME of methanol water fuel unless other factors such as volatility or water vapor pressure dominate.

NO에 대한 물과 훈증제의 효과:Effect of water and fumigants on NO:

물과 같은 냉각제가 적용되는 훈증된 환경에서, NO의 감소가 성취되는 것이 예측될 수 없으며 NO 감소의 정도도 예측될 수 없다. 테스트 작업은, 도 9에 도시된 바와 같이 36% wt 물에서 0.2 grams/kw-hr의 트로프(trough)를 보여주며, NO 감소는 수위가 증가함에 따라 매우 극적으로 증가하는 것을 나타낸다.In a fumigation environment in which a coolant such as water is applied, a reduction in NO can not be achieved and the extent of the NO reduction cannot be predicted. The test run shows a trough of 0.2 grams / kw-hr in 36% wt water as shown in FIG. 9, with the NO decrease indicating a very dramatic increase as the water level increases.

도 10은 함수량을 증가시키는 것이 배기 가스의 NOX를 갖는 효과의 또 다른 도시를 제공한다. 4% 및 8% DME 라인은 높은 유입 공기 온도에서도 NOX 형성에 우수한 반응을 보인다. 동일한 경향은 훈증의 경우에도 나타날 수 있고, NOX가 감소하는 경우, 수위는 낮은 DME 경우에 비해 더 높은 NO 레벨을 보이며 16.5 DME 및 8.8 DEE 증가한다. 물을 사용하지 않은 모든 가열된 동작은 예열을 사용하지 않는 디젤 연료보다 더 높은 NO를 생산한다.10 provides another illustration of the effect of increasing the water content having NOx of exhaust gas. The 4% and 8% DME lines show good response to NOX formation even at high inlet air temperatures. The same trend can be seen in the case of fumigation, and when NOX decreases, the water level shows higher NO levels compared to low DME cases and increases by 16.5 DME and 8.8 DEE. All heated operations without water produce higher NO than diesel fuel without preheating.

상기 데이터와 동반하는 도면에서 하나의 동작 영역의 장점은 훈증에 의한 주 연료 조성물에서 메탄올 및 중량당 20 내지 22% 물 및 4 내지 6% wt DME를 포함하는 주 연료 조성물의 사용을 포함한다. 이러한 연료는 우수한 효율성 및 낮은 NO를 성취한다. 바람직한 연료 동작 영역은 본 출원의 다른 섹션에서 상세히 기재된 바와 같이 CI 엔진의 허용가능한 동작으로 더 확대될 수 있다. Advantages of one operating area in the figures accompanying the data include the use of a main fuel composition comprising methanol and 20 to 22% water per weight and 4 to 6% wt DME in the main fuel composition by fumigation. Such fuels achieve good efficiency and low NO. The preferred fuel operating area can be further extended to allowable operation of the CI engine as described in detail in other sections of this application.

동일 엔진 상의 디젤 연료는 대조적으로 람다 2와 2000 rpm(이러한 그래프의 모든 훈증 테스트의 람다 및 속도)에서 4.9 grams/kw-hr를 성취한다.Diesel fuel on the same engine, in contrast, achieves 4.9 grams / kw-hr at lambda 2 and 2000 rpm (lambda and speed of all fumigation tests in these graphs).

훈증제:Fumigation:

훈증제의 사용(또는 훈증)은 복잡한 연료 조성물, 특히 물과 메탄올을 포함한 연료 조성물 및 선택적으로 DME와 같은 다른 첨가제로 사전에 고려되지 않았다. 이러한 기술의 상업적인 활용은 확실히 보고된 바가 없다. 이것은, 이러한 연료가 물과 같은 높은 잠열 희석액으로 혼합됨으로써 추가로 손상될 수 있는 메탄올의 낮은 발열량을 고려했을 때 이러한 연료가 원활히 작동할 수 없을 가능성이 있는 것으로 고려된 사실로 인한 것이다. 다량의 물 성분을 포함하는 연료의 사용은, 또한, 물이 일반적으로 점화보다는 소화에 사용되므로, 예상 밖의 것이다.The use (or fumigation) of fumigation agents has not been previously considered for complex fuel compositions, in particular fuel compositions including water and methanol, and optionally other additives such as DME. The commercial use of these technologies has not been reported for certain. This is due to the fact that such fuels may not be able to operate smoothly, given the low calorific value of methanol, which can be further damaged by mixing these fuels in high latent heat dilutions such as water. The use of fuels containing large amounts of water is also unexpected, since water is generally used for extinguishing rather than ignition.

이러한 공간을 조사하기 위하여, 5리터 V8 엔진의 실린더의 동일한 용량을 갖는 단일 실린더 엔진이 사용되고, 더 큰 인젝터는 테스트될 일부 연료의 리터 당 낮은 발열량을 극복하기 위해 설치된다. To investigate this space, a single cylinder engine with the same capacity of a cylinder of a 5 liter V8 engine is used, and larger injectors are installed to overcome the low calorific value per liter of some fuel to be tested.

이러한 더 큰 인젝터는 엔진 효율성을 감소시키는 효과를 갖되, 미러 조건이 적용된 것을 고려했을 때 연료들 간의 비교로서, 비교의 유효성은 엔진을 테스트하는 전문가들에 의해 인지된다. 대형 인젝터는 테스트의 특정 동작 조건에서 요구되고 이 엔진은 작은 엔진 크기로 인한 높은 rpm에서 동작되지만, 엔진의 유입 공기로 주입된 훈증제(점화 증강제)의 상대적 함량의 결과적인 감소로 인한 이러한 요소들의 변경을 가능하게 하는 추가 작업이 존재한다. 본 출원을 지원하기 위해 수행된 실험 작업은 2000rpm 및 1000rpm에서 수행되고, 후자는 프로그램을 위해 사용된 Hatz 엔진의 가장 낮게 동작가능한 속도이다.Such larger injectors have the effect of reducing engine efficiency, but as a comparison between fuels considering mirror conditions have been applied, the validity of the comparison is recognized by experts testing the engine. Large injectors are required for the specific operating conditions of the test and the engine operates at high rpm due to the small engine size, but changes in these factors due to the resulting reduction in the relative content of fumigants (ignition enhancers) injected into the engine's inlet air. There is additional work to make this possible. Experimental work performed to support the present application is performed at 2000 rpm and 1000 rpm, the latter being the lowest operable speed of the Hatz engine used for the program.

예시 2: 유입 가열 방법 및 훈증 동작에 의한 70% 메탄올 : 30% 물Example 2: 70% methanol by inlet heating method and fumigation operation: 30% water

70% 메탄올 및 30% 물을 포함하는 연료는, 도 1에 개략적으로 도시된 연소 점화 엔진에 도입된다.A fuel comprising 70% methanol and 30% water is introduced to the combustion ignition engine shown schematically in FIG. 1.

상이한 엔진 동작 단계 동안(시작, 낮은 부하에서의 지속 단계, 50% 내지 100%의 전부하에서의 지속 단계, 휴지기 등), 엔진은 상이한 모드 및 이들의 결합 모드에서 동작될 수 있다.During different engine operating phases (starting, sustaining at low loads, sustaining at 50% to 100% full load, rest periods, etc.), the engine can be operated in different modes and their combined modes.

0 내지 50% 엔진부하에서의 동작 동안, 유입 공기는 훈증제 없이 150 내지 200℃에서 예열된다. 상승된 온도에서의 엔진에 대한 공기 흐름의 손실은 저부하가 되는 엔진에 의해 보상된다. During operation at 0-50% engine load, the incoming air is preheated at 150-200 ° C. without fumigant. The loss of air flow to the engine at elevated temperatures is compensated by the low load engine.

50% 내지 전부하 동작의 경우에, 유입 공기 예열 레벨이 감소될 수 있으며, 추가로, 95% DME, 3% 메탄올 및 2% 물을 포함하는 훈증제가 사용될 수 있다. 훈증제는 전체 연료 유입의 5% wt 양으로 흡입 공기내에 주입된다. 이러한 훈증 레벨은 전부하가 접근될 때 낮아질 수 있다.In the case of 50% to full load operation, the inlet air preheating level can be reduced and in addition, a fumigant comprising 95% DME, 3% methanol and 2% water can be used. Fumigation agents are injected into the intake air in an amount of 5% wt of the total fuel input. This fumigation level can be lowered when the full load is approached.

시작 단계에서, 유입 공기가 예열되고, 추가로, 주연료에 관련하여 더 큰 중량 %의 훈증제가 유입 공기에 훈증된다. 이러한 동작 단계를 위한 적절한 훈증제는 100% DME를 포함하는 훈증제의 20% 내지 50%이다.In the starting stage, the inlet air is preheated and in addition, a larger weight percent fumigant in relation to the main fuel is fumigation in the inlet air. Suitable fumigants for this stage of operation are 20% to 50% of fumigants including 100% DME.

엔진이 동작한 뒤 휴지기에서, 훈증은 중단될 수 있다.In the pause after the engine is running, fumigation can be stopped.

(엔진 rpm 및 부하에 대한) 훈증으로부터의 주기적인 지원에 의한 유입 공기 예열은 엔진의 동작이 주 연료 조성물의 30% 레벨에서의 물의 존재를 극복하는 것을 가능하게 한다.
Inlet air preheating by periodic support from fumigation (for engine rpm and load) allows the operation of the engine to overcome the presence of water at the 30% level of the main fuel composition.

예시 3: 훈증 없이 가열에 의한 95% 메탄올 : 5% 물 연료Example 3: 95% methanol by heating without fumigation: 5% water fuel

예시 2가 반복되나, 연료 조성물이 95% 메탄올:5% 물이다. 유입 공기는 150℃ 내지 200℃에서 예열된다. 이러한 장치는 터보차저 및 배기/유입 공기 열 교환기를 포함할 수 있다.
Example 2 is repeated, but the fuel composition is 95% methanol: 5% water. Inlet air is preheated at 150 ° C to 200 ° C. Such a device may include a turbocharger and an exhaust / intake air heat exchanger.

예시 4: 유입 및 훈증에 의한 26% 메탄올 : 74% 물Example 4: 26% methanol by inflow and fumigation: 74% water

예시 3이 반복되나, 연료 조성물이 26% 메탄올:74% 물 연료이다. 이러한 연료 조성물은 선박 CI 엔진을 동작하기 위한 해상 응용에서 사용하기에 적합할 수 있다. 이러한 경우에, 배기 가스로부터의 요구된 레벨의 응축을 얻기 위해 필요할 경우, 해수가 가열 싱크로서 사용될 수 있다. 해상 환경에서, 난연 증기상이 있을 때 밀폐된 공간의 유출에 대한 안전을 보장하기 위하여, 연료 조성물의 수위는 약 74%(또는 이상)이 되고, 연료의 26%(또는 이하)는 메탄올이 된다. 이러한 높은 함수량은 엔진실이 연소되게 하는 점화의 위험을 회피한다.Example 3 is repeated, but the fuel composition is 26% methanol: 74% water fuel. Such fuel compositions may be suitable for use in marine applications for operating marine CI engines. In this case, seawater can be used as a heat sink if necessary to obtain the required level of condensation from the exhaust gas. In a marine environment, the level of the fuel composition is about 74% (or more) and 26% (or less) of the fuel is methanol in order to ensure safety against leakage of enclosed spaces when there is a flame retardant vapor phase. This high water content avoids the risk of ignition causing the engine compartment to burn.

예시의 연료는 사용 준비가 된 조성물(즉, 메탄올 조성물이 74%의 물이 있는 조성물)의 주요 연료 저장 탱크로 펌핑될 수 있다. 대안으로, (엔진 사용 조성물에 비해) 저수위를 갖는 프리 믹스는 저장 탱크내에 펌핑될 수 있고, 수위는 저장과 이것의 엔진에 대한 충전간의 최종 프리 믹스의 물 희석을 통해 상승한다. 수원은 임의의 수원이 될 수 있고 예컨대 재활용수 또는 탈염수가 될 수 있다. 이러한 옵션은 용기에 담긴 연료 조성물의 무게에 대한 장점을 갖는다.Exemplary fuel may be pumped to the main fuel storage tank of a composition ready for use (ie, a composition with 74% water in a methanol composition). Alternatively, the premix having a low water level (relative to the engine use composition) can be pumped into the storage tank, and the water level rises through water dilution of the final premix between storage and its filling to the engine. The water source can be any water source, for example recycled or demineralized water. This option has the advantage over the weight of the fuel composition contained in the container.

이러한 연료의 점화는 상기 기재된 바와 같이 가열 방법을 요한다. DME 수증기 또는 공기 유입내로 훈증된 스프레이는 연료를 점화하기 위한 충분한 수단을 제공한다.Ignition of such fuels requires a heating method as described above. Sprays fumigation into DME steam or air inlet provide sufficient means to ignite the fuel.

배기가스의 물의 양은 약 30 내지 50%가 되는 것으로 계산될 수 있다. 이것은 유입 공기내의 물 뿐만이 아니라 연료내의 원래의 물과 메탄올 및 DME의 연소로 인한 물을 기반으로 한다. 이러한 놀라운 결과는 연료내의 고함수량, 공기 유입구에서의 수증기 및 연료로부터의 물 연소 생성물(메탄올 및 DME)과 결합한 메탄올의 고수소 함량(극저온 액체 수소보다 용적상 더 많은 수소를 포함함)으로 인한 것이다.The amount of water in the exhaust can be calculated to be about 30-50%. It is based not only on the water in the inlet air but also on the original water in the fuel and the water from the combustion of methanol and DME. This surprising result is due to the high water content in the fuel, the water vapor at the air inlet and the high hydrogen content of methanol combined with water combustion products (methanol and DME) from the fuel (including more hydrogen by volume than cryogenic liquid hydrogen). .

이러한 연소 반응으로, 다량의 물이 생성될 것이며, 이것의 일부를 재활용하고 저장 탱크에 저장된 저수 함량 프리 믹스 연료와 혼합할 가능성이 존재한다. 일부 실시예에서, 더 높은 메탄올 함량 기반 연료를 운반하고 엔진 배기가스로부터 물을 수집하는 것에 의하여 더 높은 수위에서의 목표 엔진을 충족시킴으로써 연료의 물의 존재와 관련된 공급망 물류 비용을 줄이는데 유리하다.This combustion reaction will produce a large amount of water, with the possibility of recycling some of it and mixing it with the low content premix fuel stored in the storage tank. In some embodiments, it is advantageous to reduce supply chain logistics costs associated with the presence of water in the fuel by satisfying the target engine at higher water levels by transporting higher methanol content based fuel and collecting water from the engine exhaust.

마지막 단계에서 선택된 종 제거를 위한 선택적인 첨가제를 갖는 순수를 사용하는 열 교환 및 스프레이 챔버 장치는 메탄올의 연소로 인한 비 CO2 오염이 적을 것을 보장하기 위해 구성될 수 있다. 추가로, 배기 가스의 최종 정화는, 알려진 기술을 사용하는 처리 내의 엔진에 대한 후기 탈착 및 재활용 또는 훈증제 또는 주연료의 부분으로서 통합하기 위하여 예컨대 활성화된 표면 상으로이 불소성 메탄올의 흡수에 의해 얻어질 수 있다.The heat exchange and spray chamber apparatus using pure water with optional additives for the removal of selected species in the last step can be configured to ensure less non-CO2 contamination due to the combustion of methanol. In addition, the final purification of the exhaust gases can be obtained by, for example, absorption of this fluorine methanol onto the activated surface for integration into later desorption and recycling or as part of a fumigant or main fuel for the engine in a process using known techniques. Can be.

SOX에 있어서, 이러한 경우의 배기 가스는 이하의 분석을 갖는다:For SOX, the exhaust gas in this case has the following analysis:

SOX<0.1 ppm.SOX <0.1 ppm.

일반적으로, NOX 미립자와 같은 다른 오염물질의 방출은 오일 기반의 디젤 연료에 비해 더욱 적을 것이다.In general, the release of other contaminants such as NOx particulates will be less than in oil based diesel fuels.

연소 단계에서 형성된 적은 양의 NOX 및 SOX 및 수상 CO2의 흡수는 연료와 혼합하기 위해 환수하는 물의 약한 산폐를 야기할 수 있다. 환수 혼합은 이러한 약한 산폐를 상쇄하기 위해 화학적 처리 또는 기계적 조절을 요할 수 있다.Absorption of small amounts of NOx and SOX and aqueous CO 2 formed in the combustion step can cause weak decay of the water returned to mix with the fuel. Recovery mixing may require chemical treatment or mechanical control to counteract this weak acidification.

이러한 정화로부터 생성된 배기 가스는 환경적으로 유리한, 연료, 탄화수소, 미립자 NOX 및 SOX 방출에 있어서 디젤 연료에 비해 개선된 방출을 갖는다.
The exhaust gases resulting from this purification have improved emissions over diesel fuels in terms of fuel, hydrocarbons, particulate NOX and SOX emissions, which are environmentally beneficial.

CO2 복구CO 2 recovery

높은 수 연료로부터 생성된 배기가스는 불순물을 거의 포함하지 않고, 이것을 후속 처리에 이상적으로 만든다. 특히, CO2는 직접적으로 온실 가스를 감소시키기 위하여 메탄올로 재변환되고, CO2 또는 고순도 CO2는 메탄올 제조를 포함하는 다수의 최종 용도를 위한 조류와 같은 유기물 성장에 사용될 수 있고, 태양 등과 같은 재생 공급원을 포함할 수 있는 에너지원을 활용한다.Exhaust gases generated from high water fuel contain little impurities and make them ideal for subsequent processing. In particular, CO 2 is directly reconverted to methanol to reduce greenhouse gases, CO 2 or high purity CO 2 can be used for organic growth such as algae for many end uses including methanol production, Use energy sources that may include renewable sources.

공기 중 산소 레벨을 분리하거나 정화함으로써, 질소의 산화로부터의 NOX 포텐셜의 결과적인 감소 또는 제거로 인하여 질소가 엔진으로부터 감소되거나 제거될 수 있다. 엔진 O2 흡기에 대한 배기가스 CO2의 재활용은 엔진에 들어가는 산소 레벨의 최적화를 및 상당히 순수한 CO2 및 수증기 배기의 생성을 허용한다. 이러한 농축된 CO2가 메탄올에 대한 추가 처리 또는 필요할 경우 상기 언급된 응용에 이상적이다.
By separating or purifying the oxygen level in the air, nitrogen may be reduced or removed from the engine due to the resulting reduction or removal of the NOx potential from oxidation of nitrogen. Recycling the exhaust gas CO 2 to the engine O 2 intake allows for the optimization of oxygen levels entering the engine and the generation of fairly pure CO 2 and water vapor exhaust. This concentrated CO 2 is ideal for further treatment with methanol or for the applications mentioned above if necessary.

예시 5: 훈증 없이 가열에 의한 90% 메탄올 : 5% 물 : 15% Example 5: 90% methanol by heating without fumigation: 5% water: 15% DMEDME 연료 fuel

예시 2가 반복되되 주연료 메탄올 물 연료 조성물에 DME가 추가된다. 유입 공기는 50℃ 내지 150℃로 예열된다. 이러한 장치는 터보차져 및 배기/유입 공기 열 교환기를 포함할 수 있다. 요구된 예열 온도는 더 낮은 부하 및 더 낮은 엔진 속도에서 요구되는 약간의 예열로 더 높은 부하 범위에서 낮거나 0이 될 수 있다.
Example 2 is repeated but DME is added to the main fuel methanol water fuel composition. Inlet air is preheated to 50 ° C to 150 ° C. Such devices may include turbochargers and exhaust / intake air heat exchangers. The required preheat temperature can be low or zero in the higher load range with some preheating required at lower loads and lower engine speeds.

예시 6: 선택적인 Example 6: optional 훈증제를Fumigation 갖는, 가열 방법에 의해 사용하기 위한 연료 조성물 Having a fuel composition for use by a heating method

이하의 표에서, 메탄올/물 연료 조성물의 예시가 유입 공기 예열로 연소 점화 엔진의 동작과 관련하여 간략하게 기재된다. 이러한 메탄올/물 연료 조성물은 적어도 50℃, 적어도 100℃, 적어도 150℃, 적어도 200℃, 적어도 300℃ 또는 이 이상(우세한 조건에 따름)의 레벨의 유입 공기 예열로 동작될 수 있다. 연료 조성물은 추가적으로 (또는 유입 공기 예열에 대한 대안으로) 훈증제와 결합하여 사용될 수 있고, 연료를 위한 적절한 훈증제의 예시가 표의 제 2 부분에 표시된다. 각각의 숫자가 지정된 라인의 주연료는 이웃하는 연료와 훈증제 간의 쌍이 가능함에도 불구하고 동일한 숫자 라인 상의 적합한 훈증제로 짝지어질 수 있다. 연료 연장제, 윤활제, 점화 향상제 및 다른 첨가제의 아이덴티티에 있어서, 이들은 상기 상세한 설명에 제공된 예시로부터 선택된다. 이러한 첨가제에 대하여 표에서 지칭된 % 양은 이러한 기재의 단일 첨가제의 양 또는 이 클래스의 이러한 하나 이상의 첨가제의 결합이 사용될 때 이러한 기재의 첨가제의 전체를 지칭한다. 특정 예시는 연료 연장제로서 설탕 또는 지방산 에스테르, 윤활 첨가제로서 지방산 에스테르 또는 에탄올아민 유도체, 점화 증강제로서 에스테르를 활용하고, 추가적인 첨가제로서 색상 및 플레임 색상을 생성한다.In the table below, examples of methanol / water fuel compositions are briefly described with respect to the operation of a combustion ignition engine with inlet air preheating. Such methanol / water fuel compositions may be operated with inlet air preheating at a level of at least 50 ° C., at least 100 ° C., at least 150 ° C., at least 200 ° C., at least 300 ° C. or higher (depending on prevailing conditions). The fuel composition may additionally be used in combination with a fumigant (or as an alternative to inlet air preheating), examples of suitable fumigants for fuels are indicated in the second part of the table. The main fuel of each numbered line can be paired with a suitable fumigant on the same number line, although a pair between neighboring fuels and a fumigant is possible. For the identity of fuel extenders, lubricants, ignition enhancers and other additives, they are selected from the examples provided in the above description. The percentage amounts referred to in the table for these additives refer to the total amount of a single additive of this substrate or the additive of this substrate when a combination of one or more of these additives of this class is used. Specific examples utilize sugar or fatty acid esters as fuel extenders, fatty acid esters or ethanolamine derivatives as lubricating additives, esters as ignition enhancers, and produce color and flame colors as additional additives.

다양한 훈증제가 표에 표시되고, 일부는 더 높은 점화 구성요소로서 분류된 특성보다 더 낮은 점화 특성으로 분류된다. 리스팅된 구성요소는 완전하지 않고, 본 명세서에서 리스팅되고 당업자에게 알려진 다른 적절한 구성요소가 또한 사용될 수 있다.
Various fumigants are indicated in the table, and some are classified as lower ignition characteristics than those classified as higher ignition components. The listed components are not complete and other suitable components listed herein and known to those skilled in the art may also be used.

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Claims (43)

디젤 엔진 연료 조성물로서:
- 상기 연료 조성물의 적어도 20 중량 % 레벨의 메탄올;
- 상기 연료 조성물의 적어도 20 중량 % 레벨의 물;
- 20:80 내지 80:20 사이의 물 대 메탄올의 비율
- 상기 연료 조성물의 적어도 60 중량 %의 물과 메탄올의 총량, 및
- 총량이 상기 연료 조성물의 적어도 0.1 중량 %인 하나 이상의 첨가제 ― 상기 첨가제로서 존재하는 경우의 염화 나트륨의 레벨은 상기 연료 조성물의 0 내지 0.5 중량 % 사이이고, 상기 첨가제로서 존재하는 경우의 향미제의 레벨은 상기 연료 조성물의 0 내지 1.5% 사이임 -
을 포함하며,
상기 연료 조성물은 0 ~ 20 중량 %의 디메틸 에테르를 포함하는, 디젤 엔진 연료 조성물.
As diesel engine fuel composition:
At least 20% by weight of methanol of the fuel composition;
At least 20% by weight of water of the fuel composition;
The ratio of water to methanol between 20:80 and 80:20
A total amount of water and methanol of at least 60% by weight of the fuel composition, and
One or more additives, the total amount of which is at least 0.1% by weight of the fuel composition, wherein the level of sodium chloride when present as the additive is between 0 and 0.5% by weight of the fuel composition and of the flavoring agent when present as the additive Level is between 0 and 1.5% of said fuel composition;
Including;
Wherein said fuel composition comprises 0-20 weight percent dimethyl ether.
청구항 1에 있어서, 상기 첨가제는 점화 개선제, 연료 연장제, 연소 증강제, 산소 흡수 오일, 윤활 첨가제, 제품 착색 첨가제, 불꽃색 첨가제, 내식성 첨가제, 살충제, 부동점 저하제, 착물 환원제, 변성제(denaturant), pH 제어 작용제, 및 그 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 디젤 엔진 연료 조성물.The method of claim 1, wherein the additive is an ignition improver, a fuel extender, a combustion enhancer, an oxygen absorbing oil, a lubricating additive, a product coloring additive, a flame color additive, a corrosion resistance additive, an insecticide, an antifreeze agent, a complex reducing agent, a denaturant, A diesel engine fuel composition, selected from the group consisting of pH control agents, and mixtures thereof. 디젤 엔진 연료 조성물로서,
적어도 20 중량 %의 메탄올 및 3 중량 %에서 40 중량 %의 물과, 점화 개선제, 연료 연장제, 연소 증강제, 산소 흡수 오일, 윤활 첨가제, 제품 착색 첨가제, 불꽃색 첨가제, 내식성 첨가제, 살충제, 부동점 저하제, 착물 환원제, 변성제(denaturant), pH 제어 작용제, 및 그 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함하며, 상기 연료 조성물은 0 ~ 20 중량 %의 디메틸 에테르를 포함하는, 디젤 엔진 연료 조성물.
As a diesel engine fuel composition,
At least 20% by weight methanol and 3% to 40% by weight of water, ignition improvers, fuel extenders, combustion enhancers, oxygen absorbing oils, lubricating additives, product coloring additives, flame color additives, corrosion resistance additives, pesticides, freezing point A diesel engine fuel comprising at least one additive selected from the group consisting of a lowering agent, a complex reducing agent, a denaturant, a pH control agent, and mixtures thereof, wherein the fuel composition comprises 0 to 20% by weight of dimethyl ether. Composition.
청구항 3에 있어서, 상기 물의 함량은 상기 연료 조성물의 3 중량 %에서 33 중량 %까지이며, 상기 디메틸 에테르의 함량은 상기 연료 조성물의 0 ~ 20 중량 %인, 디젤 엔진 연료 조성물.The diesel engine fuel composition of claim 3, wherein the water content is from 3 wt% to 33 wt% of the fuel composition, and the content of dimethyl ether is 0-20 wt% of the fuel composition. 청구항 3에 있어서, 상기 물의 함량은 상기 연료 조성물의 5 중량 %에서 40 중량 %까지인, 디젤 엔진 연료 조성물.The diesel engine fuel composition of claim 3, wherein the water content is from 5% to 40% by weight of the fuel composition. 청구항 3에 있어서, 상기 물의 함량은 상기 연료 조성물의 12 중량 %에서 23 중량 %까지인, 디젤 엔진 연료 조성물.The diesel engine fuel composition of claim 3, wherein the water content is from 12% to 23% by weight of the fuel composition. 청구항 3에 있어서, 상기 첨가제의 함량은 상기 연료 조성물의 20 중량 % 이하인, 디젤 엔진 연료 조성물.The diesel engine fuel composition of claim 3, wherein the content of the additive is 20% by weight or less of the fuel composition. 청구항 3에 있어서, 상기 물의 함량은 상기 연료 조성물의 20 중량 %와 22 중량 % 사이이며, 상기 디메틸 에테르의 함량은 상기 연료 조성물의 4 ~ 6 중량 %인, 디젤 엔진 연료 조성물.The diesel engine fuel composition of claim 3, wherein the water content is between 20% and 22% by weight of the fuel composition and the content of dimethyl ether is 4-6% by weight of the fuel composition. 청구항 3 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디메틸 에테르의 함량은 상기 연료 조성물의 0 ~ 10 중량 %인, 디젤 엔진 연료 조성물.8. The diesel engine fuel composition according to claim 3, wherein the content of dimethyl ether is 0 to 10% by weight of the fuel composition. 9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디젤 엔진 연료 조성물은 단상 연료 조성물인, 디젤 엔진 연료 조성물.The diesel engine fuel composition of claim 1, wherein the diesel engine fuel composition is a single phase fuel composition. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물과 상기 메탄올의 총량은 상기 연료 조성물의 적어도 80 중량 %인, 디젤 엔진 연료 조성물.9. The diesel engine fuel composition of claim 1, wherein the total amount of water and methanol is at least 80% by weight of the fuel composition. 10. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디젤 엔진 연료 조성물내의 상기 메탄올은 천연 메탄올인, 디젤 엔진 연료 조성물.The diesel engine fuel composition of claim 1, wherein the methanol in the diesel engine fuel composition is natural methanol. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨가제는:
- 상기 연료 조성물의 1 중량 %까지의 제품 착색 첨가제, 및
- 상기 연료 조성물의 1 중량 %까지의 불꽃색 첨가제
를 포함하는, 디젤 엔진 연료 조성물.
The method of claim 1, wherein the additive is:
Product coloring additives up to 1% by weight of the fuel composition, and
Up to 1% by weight of the flame color additive of the fuel composition
Including, diesel engine fuel composition.
메탄올 및 물을 포함하는 연료를 이용하여 압축 점화 엔진을 가동하는 방법으로서:
흡입 공기 스트림을 예열하고, 예열된 공기를 상기 압축 점화 엔진의 연소실로 도입하고, 예열된 공기를 압축하는 단계; 및
적어도 20 중량 %의 메탄올 및 3 ~ 40 중량 %의 물과, 0 ~ 20 중량 %의 디메틸 에테르를 포함하는 상기 연료를 상기 연소실로 도입하고, 상기 압축 점화 엔진을 구동하기 위하여 연료/공기 혼합물을 점화하는 단계
를 포함하는, 압축 점화 엔진을 가동하는 방법.
As a method of operating a compression ignition engine using a fuel containing methanol and water:
Preheating the intake air stream, introducing preheated air into the combustion chamber of the compression ignition engine, and compressing the preheated air; And
Introduce the fuel comprising at least 20% by weight methanol and 3-40% by weight water and 0-20% by weight dimethyl ether into the combustion chamber and ignite a fuel / air mixture to drive the compression ignition engine Steps to
Comprising, a method of starting a compression ignition engine.
청구항 14에 있어서, 상기 흡입 공기를 적어도 50℃로 예열하는 단계를 포함하는, 압축 점화 엔진을 가동하는 방법.The method of claim 14 including preheating the intake air to at least 50 ° C. 16. 청구항 14에 있어서, 상기 흡입 공기를 150℃ ~ 300℃로 예열하는 단계를 포함하는, 압축 점화 엔진을 가동하는 방법.The method of claim 14 including preheating the intake air to 150 ° C. to 300 ° C. 16. 청구항 14에 있어서, 상기 압축 점화 엔진에 진입하는 흡입 공기 스트림을 예열하기 위하여 배기 물질을 상기 엔진으로부터 열교환기를 통과시키는 단계를 포함하는, 압축 점화 엔진을 가동하는 방법.15. The method of claim 14 comprising passing exhaust material from the engine through a heat exchanger to preheat the intake air stream entering the compression ignition engine. 청구항 17에 있어서, 상기 열교환기를 통하여 배기 물질을 냉각하고, 냉각된 배기 물질로부터 물을 수집하고, 적어도 일부를 다시 상기 연료로 리사이클링하는 단계를 포함하는, 압축 점화 엔진을 가동하는 방법.18. The method of claim 17, comprising cooling exhaust material through the heat exchanger, collecting water from the cooled exhaust material, and recycling at least a portion back to the fuel. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 배기 물질을 응축하고, 응축된 배기 물질로부터 물을 수집하고, 적어도 일부를 다시 상기 연료로 리사이클링하는 단계를 포함하는, 압축 점화 엔진을 가동하는 방법.17. The method of any one of claims 14 to 16, comprising condensing exhaust material, collecting water from the condensed exhaust material, and recycling at least a portion back to the fuel. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 점화 증강제를 함유하는 훈증제로 상기 흡입 공기 스트림을 훈증하는 단계를 포함하는, 압축 점화 엔진을 가동하는 방법.17. The method of any of claims 14 to 16, comprising fumigation of the intake air stream with a fumigation agent containing an ignition enhancer. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료는 청구항 3에 기재된 상기 디젤 엔진 연료의 조성물을 갖는, 압축 점화 엔진을 가동하는 방법.The method according to any one of claims 14 to 16, wherein the fuel has a composition of the diesel engine fuel according to claim 3. 발전 시스템으로서:
압축 점화 엔진의 유입 공기 스트림을 예열하고 및/또는 점화 증강제로 상기 유입 공기 스트림을 훈증하는 단계;
발전을 위하여 메탄올-물 연료를 이용하여 상기 압축 점화 엔진을 가동하는 단계 - 상기 메탄올-물 연료는 적어도 20 중량 %의 메탄올 및 3 ~ 40 중량 %의 물, 및 0 ~ 20 중량 % 의 디메틸 에테르를 포함함 - ;
상기 압축 점화 엔진으로부터 배기 열 및/또는 물을 복구하기 위하여 엔진 배기 가스를 처리하는 단계; 및
추가 사용을 위하여 상기 열 및/또는 물을 재지향하는 단계
를 포함하는, 발전 시스템.
As a power generation system:
Preheating the inlet air stream of the compression ignition engine and / or fumigation the inlet air stream with an ignition enhancer;
Operating the compression ignition engine with methanol-water fuel for power generation, wherein the methanol-water fuel contains at least 20% by weight methanol and 3-40% by weight water, and 0-20% by weight dimethyl ether. Includes-;
Treating engine exhaust gas to recover exhaust heat and / or water from the compression ignition engine; And
Redirecting the heat and / or water for further use
Including, power generation system.
청구항 22에 있어서, 상기 배기 열 및/또는 물을 다시 상기 압축 점화 엔진으로 리사이클링하는 단계를 포함하는, 발전 시스템.The power generation system of claim 22, comprising recycling the exhaust heat and / or water back to the compression ignition engine. 청구항 22에 있어서, 상기 배기 가스로부터의 열을 열 교환기를 통하여 온수 루프(hot water loop)내의 물에 대해 교환하고, 물내의 열을 상기 온수 루프를 통해 지역 집단으로 이송하는 단계를 포함하는, 발전 시스템.23. The power generation of claim 22, comprising exchanging heat from the exhaust gas for water in a hot water loop through a heat exchanger and transferring heat in the water to the local population through the hot water loop. system. 청구항 22에 있어서, 상기 시스템은 레일 차량에 동력을 공급하도록 되며, 상기 배기 가스로부터 미립자를 제거하고 열 및 물을 복구하여 상기 압축 점화 엔진으로 다시 리사이클하거나 및/또는 상기 레일 차량에 이용하기 위하여 배기 가스를 처리하는 단계를 포함하는, 발전 시스템.The system of claim 22, wherein the system is adapted to power a rail vehicle and remove particulates from the exhaust gas and recover heat and water to be recycled back to the compression ignition engine and / or exhaust for use in the rail vehicle. Processing the gas. 청구항 22에 있어서, 상기 발전 시스템은 해양 운송 수단에 동력을 공급하도록 되며, 열 및 물을 복구하여 상기 압축 점화 엔진으로 다시 리사이클하기 위하여 및/또는 상기 해양 운송 수단에서 이용하기 위하여 재지향하기 위하여 해수담수화장치(desalinator)내의 배기 가스를 처리하는 단계를 포함하는, 발전 시스템.23. The desalination system of claim 22, wherein the power generation system is adapted to power marine vehicles, to decontaminate heat and water for recycling to the compression ignition engine and / or to redirect for use in the marine vehicle. Processing the exhaust gas in a desalinator. 청구항 22에 있어서, 상기 배기 가스를 냉각하고 배기 가스 응축액으로부터 물을 복구하기 위하여 혼합기 내에서 엔진 배기 가스와 물을 혼합하는 단계를 포함하는, 발전 시스템.The power generation system of claim 22 including mixing engine exhaust gas and water in a mixer to cool the exhaust gas and recover water from exhaust gas condensate. 청구항 27에 있어서, 상기 물을 더욱 냉각하기 위하여 상기 혼합기로부터 액체/가스 열 교환기로 물을 펌핑하는 단계를 포함하는, 발전 시스템.The power generation system of claim 27, comprising pumping water from the mixer to a liquid / gas heat exchanger to further cool the water. 청구항 22 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료는 청구항 3에 기재된 상기 디젤 엔진 연료의 조성물을 갖는, 발전 시스템.The power generation system according to claim 22, wherein the fuel has a composition of the diesel engine fuel according to claim 3. 청구항 22 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서, 전처리기에서 메탄올 및 에테르 및 선택적으로는 물을 포함하는 사전-연료 조성물을 처리하는 단계를 포함하며, 상기 전처리기는 메탄올로부터 에테르를 분리하며, 유입 스트림을 훈증하는데 있어 상기 점화 증강제로서 에테르를 이용하는, 발전 시스템.29. The process according to any one of claims 22 to 28, comprising the step of treating a pre-fuel composition comprising methanol and ether and optionally water in a pretreatment, wherein the pretreatment separates the ether from the methanol and enters the inlet stream. Using ether as the ignition enhancer in fumigation. 청구항 30에 있어서, 상기 사전-연료 조성물은 7 ~ 10중량% 에테르를 포함하는, 발전 시스템.31. The power generation system of claim 30, wherein the pre-fuel composition comprises 7-10 weight percent ether. 청구항 22 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입 공기 스트림을 적어도 50℃로 예열하는 단계를 포함하는, 발전 시스템.The power generation system of claim 22, comprising preheating the inlet air stream to at least 50 ° C. 29. 청구항 22 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입 공기 스트림을 150℃ ~ 300℃로 예열하는 단계를 포함하는, 발전 시스템.The power generation system of claim 22, comprising preheating the inlet air stream to 150 ° C. to 300 ° C. 29. 메탄올 및 에테르를 포함하는 사전-연료 조성물을 이송하는 방법으로서, 상기 사전-연료를 제1 위치로부터 상기 제1 위치에서 원격지인 제2 위치로 이송하는 단계, 및 메탄올 및 0 ~ 20 중량 %의 에테르를 포함하는 제1 연료 부분과 에테르를 포함하는 제2 연료 부분을 제조하기 위하여 메탄올로부터 에테르를 분리하는 단계를 포함하는, 방법.A method of conveying a pre-fuel composition comprising methanol and ether, comprising: transferring the pre-fuel from a first location to a second location remote from the first location, and methanol and 0-20 wt% ether Separating the ether from methanol to produce a first fuel portion comprising and a second fuel portion comprising the ether. 청구항 34에 있어서, 상기 에테르는 디메틸 에테르인, 방법.The method of claim 34, wherein the ether is dimethyl ether. 메탄올 및 10 중량 %까지의 에테르를 포함하는 사전-연료 조성물.Pre-fuel composition comprising methanol and up to 10 weight% ether. 청구항 36에 있어서, 상기 에테르는 디메틸 에테르인, 사전-연료 조성물.The pre-fuel composition of claim 36, wherein the ether is dimethyl ether. 청구항 36에 있어서, 물을 더 포함하는, 사전-연료 조성물.The pre-fuel composition of claim 36 further comprising water. 청구항 3에 있어서, 상기 디젤 엔진 연료 조성물은 청구항 14의 방법 또는 청구항 22의 발전 시스템을 위한 것인 디젤 엔진 연료 조성물.The diesel engine fuel composition of claim 3, wherein the diesel engine fuel composition is for the method of claim 14 or the power generation system of claim 22. 일반적 디젤 엔진 연료에 대한 완벽한 대체물로서 디젤 엔진을 가동하는데 이용되는 경우 적어도 20 중량 %의 메탄올, 3 ~ 40 중량 %의 물 및 0 ~ 20 중량 %의 디메틸 에테르를 포함하는, 디젤 엔진 연료 조성물. A diesel engine fuel composition comprising at least 20% by weight methanol, 3-40% by weight water and 0-20% by weight dimethyl ether when used to run a diesel engine as a perfect substitute for a general diesel engine fuel. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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